专利名称：一种用于尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法
技术领域：
本发明涉及生命科学/分析化学领域，更具体涉及尿液代谢组核磁共振分析。
背景技术：
代谢组学是关于生物体内源性代谢物质的整体及其变化规律的科学，基于核磁共振的代谢组学技术已经应用到基础生命科学、药物研发、疾病生理、营养与植物药学、环境科学等诸多方面(唐惠儒等，生命科学2007，19，272-280)。代谢组学研究流程包括实验设计、样品采集和制备、核磁共振数据采集和预处理、数据分析及代谢物变化生物学意义的解释。然而，由于所分析的样品组成复杂，且存在相互作用，使得不同样品之间的某些代谢物的化学位移存在不同程度的差异，这会对后续的数据分析以及生物学意义的解释产生不利影响，尿液中柠檬酸的化学位移差异就是一个典型的例子。此种差异主要是由样品间PH 值的差异以及其他环境因素(金属离子浓度、代谢物-蛋白质的结合和化学交换等现象)的差异引起的(Cloarec, 0.等，Analytical Chemistry 2005，77 (2)，517-526)0已有文献报道了减小PH值和离子强度导致化学位移差异的方法。这些方法包括在数据分析时采用宽分段积分法、谱峰对齐数据处理法，以及在样品配制中用缓冲溶液调节PH值等三类。在数据处理方面，常用的方法是用较宽的积分宽度对谱峰进行积分(Spraul， Μ.等，Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 1994， 12 (10)， 1215-1225)，这种方法可以较大程度地掩盖谱峰位置的差异，但会损失分辨率，而且还会将不同代谢物的变化相反的信号合并在同一个积分宽度内，结果掩盖了代谢物的变化和低浓度代谢物的贡献(Xiao，C. N.等，Analyst 2009, 134 (5)，916-925)。另一种办法是使用自动谱峰校正算法来校正谱峰位置的差异(Forshed，J.等，Analytica Chimica Acta 2003, 487 (2), 189-199)，从而可以得到全分辨率的数据，但是对于新的信号、缺失的信号、化学位移严重交叉和化学位移移动较大的信号的处理仍不理想(Lauridsen，Μ.等， Analytical Chemistry 2007， 79 (3)， 1181-1186)。因此，最好的办法是从源头上(样品制备和数据采集期间)消除这些不一致性 (Xiao, C. N.等，Analyst 2009，134 (5)，916-925)。肖超妮等人在尿液代谢组核磁共振分析的样品配制中采用一种磷酸氢二钾/磷酸二氢钠缓冲液(Xiao, C. N.等，Analyst 2009，134 (5)，916-925)，可以使正常人的尿液PH值有效地被控制在7. 1-7. 7范围内，而且大多数带有可电离基团的代谢物的化学位移偏差被控制在0. 002ppm以内；但是柠檬酸质子和组氨酸环上的质子的化学位移偏差仍然较大，需校正。对于大鼠的尿液，柠檬酸质子的化学位移偏差更大。因此，柠檬酸质子化学位移的高偏差问题亟待解决。柠檬酸质子化学位移偏差较大的原因除pH值的差异外，尿液中的钙、镁离子与柠檬酸的络合作用也是一个重要因素(Potts, B. C. Μ.等，Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 2001， 26 (3)， 463-476)。
在收集人的尿液时，添加一定量的氟化钠，会导致核磁共振谱图上柠檬酸的化学位移向高场移动。尿液中的金属离子(如钙、镁离子)可以和许多化合物(特别是柠檬酸)形成络合物，通过加入氟化钠使尿液中的钙、镁离子形成溶解度较低的氟化钙和氟化镁，从而消除了钙、镁离子和柠檬酸的络合作用，使得柠檬酸化学位移发生移动(Lauridsen，Μ.等， Analytical Chemistry 2007， 79 (3)， 1181-1186)。另外，氢氟酸盐是法医样本中常用的微生物生长抑制剂，在尿液中添加一定量的氟化钠能够有效地消除微生物的发酵作用，氢氟酸盐是通过抑制磷酸葡萄糖变位酶的活性从而阻止了多糖的合成(Lough, P. S.等，Journal of Forensic Sciences 1993，38 (2)， 266-271)。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法。该方法通过在样品配制过程中添加氟化钾溶液，利用氟离子与钙、镁离子的结合作用，不仅减小了样品间代谢物的质子化学位移差别，将因个体差异导致的特定代谢物的化学位移偏差控制在较小范围内，提高了信号的一致性、降低了数据分析的失误率；且具有配制简单、操作方便、价格低廉的优点。为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案
本发明通过在样品配制过程中向尿液中添加氟化钾溶液，利用氟离子和钙、镁离子的结合作用，形成溶解度较小的盐，在离心后以沉淀的形式将其除去，避免了钙、镁离子与代谢物间的络合作用，从而减小了样品间代谢物的质子化学位移差别。一种用于尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法，该方法包含下列步骤
1、在每100微升的人类或实验啮齿动物的尿液中加入浓度为0.1摩尔/升 16摩尔/ 升、氟离子总量为5微摩尔 50微摩尔的氟化钾溶液，漩涡振荡混勻，静置5 50分钟；
2、在2°C 30° C下，离心，取上清液；
3、在每100微升的上清液中加入10微升浓度为1.5摩尔/升的尿液缓冲液；
4、在2°C ^30° C下，离心，取上清液，该上清液即为用于尿液代谢组核磁共振分析的样品。上述尿液缓冲液每升含1. 2摩尔磷酸氢二钾，0. 3摩尔磷酸二氢钠，1克叠氮钠， 0. 5克2，2，3，3-d (4)-3-(三甲基硅基)丙酸钠盐，余者为重水。常规样品配制方法，包含下列步骤
1、在每100微升的人类或大鼠尿液中加入10微升浓度为1.5摩尔/升的尿液缓冲液；
2、在2°C ^30° C下，离心，取上清液，该上清液即为用于尿液代谢组核磁共振分析的样品。上述尿液缓冲液每升含1. 2摩尔磷酸氢二钾，0. 3摩尔磷酸二氢钠，1克叠氮钠， 0. 5克2，2，3，3-d (4)-3-(三甲基硅基)丙酸钠盐，余者为重水。本发明优点是采用本发明方法配制的样品，样品之间的柠檬酸质子化学位移差别显著减小，较多代谢物的质子化学位移偏差减小，柠檬酸最低场信号向高场移动，使得柠檬酸最低场信号和二甲胺信号的重叠消除，使其间原来被掩盖的代谢物信号得到获取，避免了后续数据分析工作中可能引入的不利影响。本发明还具有配制简单、操作方便、价格低廉等优点。通过调整氟化钾溶液的加入量，本发明即可推广到人类和实验啮齿动物体液的代谢组核磁共振分析。
图1.大鼠尿液用本发明方法配制的样品与用常规配制方法配制的样品的最终 PH值比较示意图。图2.大鼠尿液用本发明方法配制的样品与用常规配制方法配制的样品的核磁共振谱图比较示意图。图3.人类尿液用本发明方法配制的样品与用常规配制方法配制的样品的最终 PH值比较示意图。图4.人类尿液用本发明方法配制的样品与用常规配制方法配制的样品的核磁共振谱图比较示意图。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明作进一步的说明。实施例1
一种用于尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法，该方法包含下列步骤
1、在每100微升的人类或实验啮齿动物的尿液中加入1微升 10微升浓度为5摩尔/ 升的氟化钾溶液，漩涡振荡混勻，静置5 50分钟；
2、在2°C 30° C下，离心，取上清液；
3、在每100微升的上清液中加入10微升浓度为1.5摩尔/升的尿液缓冲液；
4、在2°C ^30° C下，离心，取上清液，该上清液即为用于尿液代谢组核磁共振分析的样品。上述尿液缓冲液每升含1. 2摩尔磷酸氢二钾，0. 3摩尔磷酸二氢钠，1克叠氮钠， 0. 5克2，2，3，3-d (4)-3-(三甲基硅基)丙酸钠盐，余者为重水。上述步骤1中在每100微升的尿液中所加入的1微升 10微升浓度为5摩尔/升的氟化钾溶液，可以用浓度为0. 1摩尔/升摩尔/升、氟离子总量为5微摩尔 50微摩尔的氟化钠溶液替代，还可以用浓度为0. 1摩尔/升 12摩尔/升、氟离子总量为5微摩尔 50微摩尔的氟化铵溶液替代。上述步骤1中采用大鼠尿液时，每100微升的大鼠尿液中加入1微升 10微升浓度为5摩尔/升的氟化钾溶液，最好加入3. 6微升浓度为5摩尔/升的氟化钾溶液。上述步骤1中采用人类尿液时，每100微升的人类尿液中加入1微升 10微升浓度为5摩尔/升的氟化钾溶液，最好加入2. 7微升浓度为5摩尔/升的氟化钾溶液。上述步骤3中所述的尿液缓冲液可以采用其它种类的尿样缓冲液，如磷酸二氢钠 /磷酸氢二钠缓冲液。当采用大鼠尿液时，大鼠尿液体积5摩尔/升的氟化钾溶液体积1. 5摩尔/升的尿液缓冲液体积=100 :Γ10 10，最佳配比为100 :3. 6 10。当采用人类尿液时，人类尿液体积5摩尔/升的氟化钾溶液体积1. 5摩尔/升的尿液缓冲液体积=100 :Γ10 10，最佳配比为100 2. 7 :10。
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实施例2
一种用于大鼠尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法，该方法包含下列步骤
1、在每100微升的大鼠尿液中加入1微升 10微升，最好加入3.6微升，浓度为5摩尔 /升的氟化钾溶液，漩涡振荡混勻，静置5 50分钟；
2、在2°C 30° C下，离心，取上清液；
3、在每100微升的上清液中加入10微升浓度为1.5摩尔/升的尿液缓冲液；
4、在2°C ^30° C下，离心，取上清液，该上清液即为用于大鼠尿液代谢组核磁共振分析的样品。上述尿液缓冲液每升含1. 2摩尔磷酸氢二钾，0. 3摩尔磷酸二氢钠，1克叠氮钠， 0. 5克2，2，3，3-d (4)-3-(三甲基硅基)丙酸钠盐，余者为重水。由图1可知，取10份大鼠的尿液，编号R1-R10，用常规配制方法配制得到的样品的最终PH值之间的差别为0. 35 ；用本发明方法配制的样品的最终pH值之间的差别减小至 0. 15，而且大多数样品的最终pH值更接近7. 40。pH值差异的减小是由于在加入磷酸盐缓冲液之前将钙、镁离子除去，避免了钙、镁离子和缓冲液中的磷酸盐形成沉淀，从而保证了缓冲液的缓冲能力。由图2可知，取10份大鼠的尿液，编号R1-R10，用本发明方法配制的样品较用常规配制方法配制的样品的核磁共振谱图(2. 40ppm-2. 74ppm)相比较柠檬酸的化学位移差别减小至2. 5Hz以内，较多代谢物的化学位移偏差减小，柠檬酸最低场信号向高场移动约 12Hz，消除了和二甲胺信号之间的重叠，并且使其间原来被掩盖的代谢物信号得到获取；减小了后续多变量数据分析工作中可能引入的不利影响。柠檬酸的化学位移差异减小，这一方面是由于氟离子能和钙、镁离子形成比较稳定的、溶解度较小的盐，在离心后以沉淀的形式被除去，消除了钙、镁离子和柠檬酸的络合作用；另外，由于在加入磷酸盐缓冲液之前将钙、镁离子除去，避免了钙、镁离子和缓冲液中的磷酸盐形成沉淀，从而保证了缓冲液的缓冲能力。综上，采用本实施例配制的10份大鼠尿液样品，样品之间的pH值差异减小，柠檬酸质子化学位移差别显著减小，较多代谢物的质子化学位移偏差减小，柠檬酸最低场信号向高场移动，使得柠檬酸最低场信号和二甲胺信号的重叠消除，使其间原来被掩盖的代谢物信号得到获取。另外，氟化钾溶液的加入也可以起到一定的防腐杀菌的作用，可以在一定程度上延长尿液的保存时间。实施例3
一种用于人类尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法，该方法包含下列步骤
1、在每100微升的人类尿液中加入1微升 10微升，最好加入2.7微升，浓度为5摩尔 /升的氟化钾溶液，漩涡振荡混勻，静置5 50分钟；
2、在2°C 30° C下，离心，取上清液；
3、在每100微升的上清液中加入10微升浓度为1.5摩尔/升的尿液缓冲液；
4、在2°C ^30° C下，离心，取上清液，该上清液即为用于人类尿液代谢组核磁共振分析的样品。上述尿液缓冲液每升含1. 2摩尔磷酸氢二钾，0. 3摩尔磷酸二氢钠，1克叠氮钠， 0. 5克2，2，3，3-d (4)-3-(三甲基硅基)丙酸钠盐，余者为重水。
由图3可知，取9份人类尿液，编号H1-H9，用常规配制方法配制得到的样品的最终 PH值之间的差别为0. 33 ；用本发明方法配制的样品的最终pH值之间的差别减小至0. 30。由图4可知，取9份人类尿液，编号H1-H9，用本发明方法配制的样品和用常规配制方法配制的样品的核磁共振谱图(2. 50ppm-2. 74ppm)相比较柠檬酸的化学位移差别减小，较多代谢物的化学位移偏差减小，柠檬酸最低场信号向高场移动，消除了和二甲胺信号之间的重叠，并且使其间原来被掩盖的代谢物信号得到获取，减小了后续多变量数据分析工作中可能引入的不利影响。综上，采用本实施例配制的9份人类尿液样品，样品之间的PH值差异减小，柠檬酸质子化学位移差别显著减小，较多代谢物的质子化学位移偏差减小，柠檬酸最低场信号向高场移动，使得柠檬酸最低场信号和二甲胺信号的重叠消除，使其间原来被掩盖的代谢物信号得到获取。另外，氟化钾溶液的加入也可以起到一定的防腐杀菌的作用，可以在一定程度上延长尿液的保存时间。
权利要求
1.一种用于尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法，其特征在于，该方法包含下列步骤a、在每100微升的人类或实验啮齿动物的尿液中加入浓度为0.1摩尔/升 16摩尔/ 升、氟离子总量为5微摩尔 50微摩尔的氟化钾溶液，漩涡振荡混勻，静置5 50分钟；b、在2°C ^30° C下，离心，取上清液；C、在每100微升的上清液中加入10微升浓度为1. 5摩尔/升的尿液缓冲液；d、在2° C ^30° C下，离心，取上清液，该上清液即为用于尿液代谢组核磁共振分析的样品；步骤c中的尿液缓冲液每升含1. 2摩尔磷酸氢二钾，0. 3摩尔磷酸二氢钠，1克叠氮钠，0. 5克2，2，3，3-d(4)-3-(三甲基硅基)丙酸钠盐，余者为重水。
2.根据权利要求1所述的一种用于尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法，其特征在于，步骤a中在每100微升的尿液中加入1微升 10微升浓度为5摩尔/升的氟化钾溶液。
3.根据权利要求1所述的一种用于尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法，其特征在于，步骤a中所述氟化钾溶液采用浓度为0. 1摩尔/升摩尔/升、氟离子总量为5微摩尔 50微摩尔的氟化钠溶液。
4.根据权利要求1所述的一种用于尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法，其特征在于，步骤a中所述氟化钾溶液采用浓度为0. 1摩尔/升 12摩尔/升、氟离子总量为5微摩尔 50微摩尔的氟化铵溶液。
5.根据权利要求1所述的一种用于尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法，其特征在于，步骤a中采用大鼠尿液时，每100微升的大鼠尿液中加入1微升 10微升浓度为5摩尔/升的氟化钾溶液。
6.根据权利要求1所述的一种用于尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法，其特征在于，步骤a中采用大鼠尿液时，每100微升的大鼠尿液中加入3. 6微升浓度为5摩尔/升的氟化钾溶液。
7.根据权利要求1所述的一种用于尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法，其特征在于，步骤a中采用人类尿液时，每100微升的人类尿液中加入1微升 10微升浓度为5摩尔/升的氟化钾溶液。
8.根据权利要求1所述的一种用于尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法，其特征在于，步骤a中采用人类尿液时，每100微升的人类尿液中加入2. 7微升浓度为5摩尔/升的氟化钾溶液。
9.根据权利要求1所述的一种用于尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法，其特征在于，步骤c中所述的尿液缓冲液采用磷酸二氢钠/磷酸氢二钠缓冲液。
10.根据权利要求1所述的一种用于尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法，其特征在于，采用大鼠尿液时，大鼠尿液体积5摩尔/升的氟化钾溶液体积1. 5摩尔/升的尿液缓冲液体积=100 :Γ10 :10。
11.根据权利要求1所述的一种用于尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法，其特征在于，采用大鼠尿液时，大鼠尿液体积5摩尔/升的氟化钾溶液体积1. 5摩尔/升的尿液缓冲液体积=100 :3.6 10。
12.根据权利要求1所述的一种用于尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法，其特征在于，采用人类尿液时，人类尿液体积5摩尔/升的氟化钾溶液体积1. 5摩尔/升的尿液缓冲液体积=100 :Γ10 :10。
13.根据权利要求1所述的一种用于尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法，其特征在于，采用人类尿液时，人类尿液体积5摩尔/升的氟化钾溶液体积1. 5摩尔/升的尿液缓冲液体积=100 :2. 7 10。
全文摘要
本发明公开了一种用于尿液代谢组核磁共振分析的样品配制方法，涉及生命科学/分析化学领域，更具体涉及尿液代谢组核磁共振分析。本发明通过在样品配制过程中向尿液中添加氟化钾溶液，避免了钙、镁离子与代谢物间的络合作用。由附图可见，本发明不仅使得样品之间的柠檬酸质子化学位移差别显著减小、较多代谢物的质子化学位移偏差减小、柠檬酸最低场信号向高场移动，还使得柠檬酸最低场信号和二甲胺信号的重叠消除，其间原来被掩盖的代谢物信号得到获取，提高了信号的一致性、降低了数据分析的失误率；且具有配制简单、操作方便、价格低廉的优点。
文档编号G01N24/08GK102435474SQ20101029574
公开日2012年5月2日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者唐惠儒, 江李苗 申请人:中国科学院武汉物理与数学研究所