基于代谢组学研究策略的手性农药立体选择性体外代谢研究.doc

“国家基础科学人才培养基金-科研训练及科研能力提高”项目 子课题建议书简表 项目名称 基于代谢组学研究策略的手性农药立体选择性体外代谢研究 所属领域 化学生物学 负责人 朱文涛 e-mail wtzhu@cau.edu.cn 意 义 和 必 要 性 目前评价手性农药在人和其它高等动物体内的立体选择性代谢研究方式主要有两种：体内研究和体外研究。对于体内研究，由于无法利用人体作为实验对象，所以通常采用实验动物如大鼠，小鼠，家兔等等作为研究对象。通过比较手性农药对映体在实验动物体内的立体选择性代谢来推测其可能在人体内的代谢行为。与体内研究相比，体外研究则起步较早，研究方法也要相对成熟。目前主要用于体外研究的模型为人和动物的肝微粒体、S9、原代肝细胞等等。其中肝微粒体是体外代谢研究最流行的模型之一，微粒体中包含大量的代谢酶，例如细胞色素P450，黄素单加氧酶，羧酸酯酶，环氧水解酶等等，因此它可以做为研究外源性污染物代谢归趋的体外模型。它的的优势在于：经济，使用方便，易于储存，可以比较方便的进行物种之间的异同研究，是研究外源化合物的最好模型之一[1]。早期的研究主要在非手性领域，近年来随着手性农药对映体拆分技术的进步以及人们对立体选择性环境行为的关注，越来越多的体外文论开始研究手性农药对映体在人和动物肝微体中的立体选择性降解或代谢。手性农药研究的另一个比较常用体外模型就是原代肝细胞培养。它的的优点是： 1 与体内情况保持高度一致，酶量和辅助因子的水平都是正常的生理浓度，可以在接近生理状态的情况下研究药物的代谢及毒性； 2 较好保留和维持了肝细胞的完整形态和肝细胞体外代谢活性，真实反映了体内的代谢情况； 3 排除了其他器官和组织的影响。可以应用到研究药物代谢途径，寻找药物在体内的代谢物，阐明药物对细胞色素P450 酶的作用及其机制，解决种属差异的困扰，了解药物的细胞毒性和遗传毒性等。但是和微粒体类似，主要研究还是集中在非手性领域。 代谢组学（metabolomics）是在后基因组学时代兴起的一门跨领域学科，他是对一个生物系统的所有代谢物进行鉴别和定量分析。代谢组学的研究方法主要有两种[2]，一种方法是代谢轮廓分析（metabolomic profiling），研究人员选定一条代谢途径，确认整个代谢途径的主要代谢物并对其进行精确的定量分析。另一种方法称作代谢物指纹分析（metabolomic fingerprinting），对一个生物系统如细胞、组织或器官内的所有代谢物进行定量分析。我们可以借助代谢轮廓分析这个研究方法，将其应用到手性农药体外立体选择性代谢研究之中。代谢组学轮廓分析目前存在着两个巨大的挑战，第一个是代谢物的确认，因为在很多情况下代谢物无法从商业渠道或者实验室合成获得。在代谢组学研究中，合成代谢物标准品来对未知物进行阳性验证将是最后的一步，如果我们可以通过其他渠道可以确证代谢物的结构将会加速实验的进程。第二个挑战就是同时对所选定的代谢物进行定量分析，由于一个代谢途径上的各个代谢物的物理化学性质的不同，很难用一个简单的方法同时提取各种性质不同的化合物，并获得很好的准确度和精密度。体外模型研究的策略可以很好地弥补以上缺陷，我们利用人和其他物种的肝微粒或者肝细胞去代谢外源性化合物比如农药、兽药和医药等等来确认主要的代谢物同时还可以发现一些新的代谢物。一旦确认，这些代谢物就可以作为标准品来研究这个外源性化合物在更复杂生物样本里的代谢情况。 我们首次将代谢组学定量代谢轮廓分析的策略引入到手性农药对映体立体选择性代谢研究领域不仅可以解决以往研究所遇到的问题，而且对今后手性农药代谢物的定性和定量分析的研究具有重要的指导意义。基于代谢组学研究策略的手性农药立体选择性体外代谢研究，将是利用系统生物学手段从整体上对手性农药研究的一个巨大尝试，同时也对今后其它手性污染物的研究具有十分重要的指导意义。 1. Asha S. Vidyavathi M., 2010. Role of Human Liver Microsomes in In Vitro Metabolism of Drugs—A Review. Appl Biochem Biotechnol. 160:1699–1722. 2. Dettmer, K., Aronov, P.A. and Hammock, B.D., 2007. Mass Spectrometry-based Metabolomics. Mass Spectrometry Reviews. 26: 51–78. 主 要 研 究 内 容 研究内容如下： 1 手性农药单体代谢物和代谢途径的确认： 通过肝微粒体体外孵育或原代肝细胞培养，液相色谱质谱各种扫描方式检测主要代谢物，确认单体的代谢途径并比较代谢途径