Vet Q(IF=8.071)|宁夏农科院动物科学研究所黎玉琼团队挖掘奶牛胎盘滞留的潜在预后标志物

胎盘滞留(RP)是指产犊24小时内未能排出全部或部分胎盘或胎膜,是动物分娩后常见的并发症,增加了子宫感染和不育的风险,增加了产犊间隔,降低了产奶量,对奶牛的繁殖和生产性能造成了极大的不利影响。因此,早期诊断和早期预防已逐渐成为有效管理奶牛RP和减轻RP相关损失的重要手段。

2022年11月宁夏农林科学院动物科学研究所黎玉琼团队在VETERINARY QUARTERLY(8.071)杂志上发表题为“Potential prognostic markers of retained placenta in dairy cows identified by plasma metabolomics coupled with clinical laboratory indicators”的文章,该研究发现奶牛RP预警诊断的最佳时间为分娩前7天,嘌呤代谢和自噬可能在奶牛RP的发生发展中起着至关重要的作用。拜谱生物提供了非靶代谢组学技术服务,助力发现奶牛胎盘滞留的潜在预后标志物。


Vet Q(IF=8.071)|宁夏农科院动物科学研究所黎玉琼团队挖掘奶牛胎盘滞留的潜在预后标志物

英文标题:Potential prognostic markers of retained placenta in dairy cows identified by plasma metabolomics coupled with clinical laboratory indicators

中文标题:血浆代谢组学结合临床实验室指标鉴定奶牛胎盘滞留的潜在预后标志物

期刊:VETERINARY QUARTERLY

影响因子:8.071

发表时间:2022年11月

客户单位:宁夏农林科学院动物科学研究所

研究材料:奶牛血清/血浆

拜谱提供技术:非靶代谢组学


技术路线

Vet Q(IF=8.071)|宁夏农科院动物科学研究所黎玉琼团队挖掘奶牛胎盘滞留的潜在预后标志物



研究结果



1、潜在生物标志物涉及有机酸及其衍生物的多种生物途径


作者通过对健康奶牛和RP奶牛在分娩前21、14、7、0天和分娩后7、14、21天的血清样本进行生理生化指标分析,发现分娩前7天的生殖激素和ET差异最为显著,最终确定利用UHPLC-MS/MS检测健康奶牛和RP奶牛在分娩前7天的代谢情况。

通过OPLS-DA分析进一步筛选显著差异代谢物(图1A-D),并进行了火山图和聚类热图分析,以可视化不同样本中潜在生物标志物的分析和表达模式(图1E-G),表达模式显示组间差异显著,组内表达相似。

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图1. 10头健康奶牛和10头RP奶牛血浆差异代谢物的筛选。

(图源:Li Y., et al., Vet Q,2022)


根据代谢物的结构和功能进行分类和计数。这些潜在的生物标志物被分为几类,包括生物碱及其衍生物、苯类、木脂素等,有机酸及其衍生物占注释差异代谢物的32.5%(图2A)。对各组差异代谢物进行KEGG ID映射,以明确代谢物的功能及代谢物之间的关系。图2B显示,这些潜在的生物标志物涉及哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路、嘌呤代谢、味觉转导等生物学过程。通过Cytoscape分析这些通路的功能相互作用,进一步了解潜在生物标志物富集通路的功能相互作用。图2C显示嘌呤代谢通路是其他相关通路的枢纽。

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图2. 差异代谢物的分类、功能和途径分析。

(图源:Li Y., et al., Vet Q,2022)


绘制桑基能量平衡图以可视化潜在生物标志物和KEGG通路水平的数据流。图3显示了前15个差异富集通路中涉及的10个潜在生物标志物。

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图3. 桑基图显示代谢产物上调和下调以及KEGG通路水平的数据流分析。。

(图源:Li Y., et al., Vet Q,2022)



2、诊断前生物标志物的敏感性和特异性分析


应用受试者工作特征(ROC)曲线分析10个潜在生物标志物,进一步优化诊断前生物标志物的高敏感性和特异性。图4显示,腺嘌呤二核苷酸磷酸(ADP)、次黄嘌呤(hyp)、鸟嘌呤二核苷酸磷酸(GDP)、肌苷单磷酸(IMP)和L -精氨酸被用作潜在的生物标志物,具有很好的区分健康奶牛和RP奶牛的能力。此外,ADP、GDP、hyp和IMP在RP预诊断中的组合更敏感和特异性。

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图4. 潜在生物标志物的ROC分析

(图源:Li Y., et al., Vet Q,2022)



3、诊断前生物标志物与生殖激素和ET的密切关系


对诊断前生物标志物与生殖激素、ET进行相关性分析,探讨诊断前生物标志物与生殖激素、ET的关系。图5显示,ADP和hyp与ET、E2和6-K呈正相关。同时,ADP和hyp分别与P呈负相关。精氨酸与6-K呈负相关。IMP与ET、E2和6-K呈负相关。IMP与P呈正相关。这些结果表明,ADP、l -精氨酸和IMP与生殖激素和ET有密切的关系。

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图5. 差异代谢物与相关生殖激素的相关性分析。

(图源:Li Y., et al., Vet Q,2022)



结论


综上所述,与RP奶牛相比,健康奶牛产前7天内皮素(ET)和6-酮-前列腺素F1a(6-K)水平升高,雌二醇(E2)和孕酮(P)水平下降。腺嘌呤二核苷酸磷酸(ADP)、次黄嘌呤(hyp)、鸟嘌呤二核苷酸磷酸(GDP)、肌苷单磷酸(IMP)和L-精氨酸被认为是产后7天RP奶牛的潜在预后标志物,参与味觉传导、嘌呤和谷胱甘肽代谢以及自噬的调节。总之,奶牛RP预警诊断的最佳时间为分娩前7天,嘌呤代谢和自噬可能在奶牛RP的发生发展中起着至关重要的作用。


拜谱小结


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胎盘滞留(RP)复杂的病因病理及其相关的危害,使得研究人员和临床兽医对其发病机制、早期诊断和治疗至关重要。作者通过血浆代谢组学结合临床实验室指标确定奶牛胎盘滞留的潜在预后标志物,这些潜在预后标志物的发现可能降低RP的发生率,提高奶牛的繁殖性能和生产性能。

代谢组学是系统生物学的重要组成部分,研究对象大都是相对分子质量 1000以内的小分子物质。其主要目标是定量的研究生命体对外界刺激、病理生理变化、以及本身基因突变而产生的其体内代谢物水平的多元动态反应。代谢组学是对某一生物体组份或细胞在一特定生理时期或条件下所有代谢产物同时进行定性和定量分析,以寻找出目标差异代谢物。可用于疾病早期诊断、药物靶点发现、疾病机理研究及疾病诊断等。根据研究需求的不同,代谢组学分析主要分为非靶向代谢组学和靶向代谢组学。非靶向代谢组学希望能够最大程度上体现生物样品体系中总的代谢物信息,尽可能地去定性和定量(相对)所有的代谢物。拜谱生物可提供非靶代谢组学、靶向代谢组学、脂质组学等技术服务助力疾病机制研究,拜谱生物还可提供蛋白组学、蛋白修饰组学、转录组学等多组学技术服务,欢迎咨询!


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参考文献:Li Y, Wen H, Yang Y, et al. Potential prognostic markers of retained placenta in dairy cows identified by plasma metabolomics coupled with clinical laboratory indicators. Vet Q. 2022;42 (1):199-212. doi:10.1080/01652176.2022.2145619




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