转录+代谢之研究思路综述及高分案例解析

Contents
PART 01
回顾转录组及代谢组
PART 02
高分文献思路分享
PART 03
转录加代谢知识小结
PART 01
回顾转录组及代谢组
转录组是特定组织或细胞在某一发育阶段或功能状态下转录出来的所有RNA的总和，主要包括mRNA和非编码RNA(non-coding RNA，ncRNA)。

代谢组是指生物体内源性代谢物质的动态整体，主要研究对象是相对分子质量小于1000的小分子代谢物质。

转录组加代谢组研究现状
为什么要做转录+代谢
1、生物体太复杂，单独用一种组学对系统生物学进行研究，往往比较片面
2、转录+代谢，从原因和结果两个层次分析生物体的内在变化，较全面的解释生物学问题
3、性价比高
PART 02
高分文献思路分享
相互验证转录组联合代谢组研究思路样本
转录组代谢组差异基因
差异代谢物
联合分析聚焦到点/后续验证
文献分享一
葡萄糖和果糖对肝脏脂肪生成和胰岛素信号转导的不同作用IF 12.2
背景
过度食用高脂肪食物(HFD)和含糖饮料是导致肥胖、胰岛素抵抗和脂肪肝的危险因素，但其中的关联并不清楚。

本文旨在研究探讨葡萄糖、果糖及高脂饮食与胰岛素抵抗及脂肪肝的关联。

实验设计
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1、生理生化结果
10周后，比较体重和肝脏重量
一、chow+果糖组、chow+葡萄糖组小鼠体重均显著高于Chow+H2O组
二、HFD+果糖组体重显著高于HFD+H2O，但HFD+葡萄糖组小鼠并未增加额外体重
三、HFD+果糖组的额外体重增加部分归因于肝脏重量增加，HFD+果糖组的肝脏重量明显高于其他HFD组
1、生理生化结果
10周后
一、空腹血糖。

食用大量的单糖后，补充果糖或葡萄糖不会影响动物的空腹血糖，而HFD可显著提高空腹血糖水平
二、空腹胰岛素。

HFD+H2O组的空腹胰岛素水平显著升高，HFD+果糖组的空腹胰岛素水平最高
三、胰岛素抵抗。

HFD+H2O和HFD+FRUT组均为胰岛素抵抗
2、转录组结果
转录组结果：果糖和葡萄糖的消耗对脂肪生成有不同的影响。

一、基因调节。

果糖（而不是葡萄糖）可增加调节脂肪酸合成相关酶的mRNA表达量。

例如ATP柠檬酸裂解酶（Acly）、乙酰辅酶
a羧化酶α（Acaca）、脂肪酸合成酶（Fasn）和硬脂酰辅酶a去饱和酶1（Scd1）。

2、转录组结果
转录组结果：聚类热图，果糖和葡萄糖的消耗对脂肪生成的影响机制不同。

2、转录组结果
转录组结果：果糖和葡萄糖可上调不同的脂质转录因子。

一、肝脂肪生成的两个主要转录调节因子是SREBP1c和ChREBP。

二、chow+果糖组的Srebp1c的表达几乎增加了3倍，而葡萄糖供应与Srebp1c的适度下降相关。

在HFD小鼠中也观察到类似的模式。

三、ChREBP表达量则主要受到葡萄糖影响。

3、代谢组结果
脂质组结果：肝脏中脂肪酰检测
一、添加果糖（而不是葡萄糖）使小鼠体内最丰富的C16:1、油酰和硬脂酰水平增加
二、HFD+H2O和HFD+果糖组，这些酰基辅酶a在小鼠肝脏中也增加，但在HFD+葡萄糖组中没有增加。

单用HFD可提高摄入的必
需脂肪酸（如亚油酸和亚麻酸）和啮齿动物HFD中最丰富的棕榈酸的酰基辅酶A水平。

补充果糖，尤其是葡萄糖，可以使这些酰基
辅酶A降低到基线水平
三、果糖喂养HFD时，内源合成的油酰辅酶A与外源摄入的亚油酸辅酶A的比率显著升高，表明脂肪酸合成增加
4、验证试验
一、KHK催化细胞内果糖代谢的第一步。

果糖喂养的小鼠中，KHK的表达增加了2倍，在HFD中添加果糖的小鼠中，KHK的表达增加了3倍
二、12名接受减肥手术的肥胖青少年患者身上获取了肝脏活检样本。

肝活检显示4例肝脏中没有多余脂肪堆积（NoFL），4例单纯性脂肪变性，4例伴有炎症的脂肪变性（非酒精性脂肪性肝炎）。

与在小鼠身上观察到的变化相似，患有更晚期肝病的肥胖患者的KHK表达比没有脂肪肝的肥胖患者高2倍。

4、验证试验
评估KHK在与果糖消费相关的代谢效应中的作用，抑制KHK的mRNA水平
一、在保持相同饮食的情况下，3组Khk的mRNA水平下降了90%以上
二、用KHK-siRNA处理的HFD+果糖组小鼠的体重明显减轻
4、验证试验
评估KHK在与果糖消费相关的代谢效应中的作用，抑制KHK的mRNA水平
一、与HFD+H2O和HFD+葡糖糖组相比，HFD+果糖组小鼠肝脏中Acly、Acaca、Fasn和Scd1的mRNA表达升高，并且在KHK基因敲除后，所有4种酶在HFD+Fruct组中的表达降低了30%-65%。

结论
一、与补充葡萄糖的HFD小鼠相比，补充果糖的HFD小鼠出现了更明显的肥胖、葡萄糖耐受不良和肝肿大。

二、果糖是膳食糖的一个组成部分，它与不良的代谢结果明显相关。

文献分享二
阿尔茨海默病相关的多个代谢网络失调：靶向代谢组学和转录组学研究2020年
IF 11
背景
越来越多的证据表明，阿尔茨海默氏病（AD）是一种普遍的代谢性疾病，在其发病机理的多个生化途径中存在失调。

了解新陈代谢中的扰动与AD的关系对于确定疾病改变疗法的新靶标至关重要。

实验设计
代谢组结果
1.Methionine cycle
2.Transsulfuration and glutathione synthesis
3. Polyamine synthesis and catabolism:
4.Urea cycle.
5.Glutamate-aspartate metabolism
6.Neurotransmitter metabolism
代谢组与临床数
据结合
特定类别代谢物与神经原纤维病理学之间的关联
转录结果
蛋氨酸循环
通路讨论 AD为一种的代谢紊乱，可能涉及多个相互关联的代谢途径的失调，每个代谢途径均能够触发AD病理的积累和症状
文献分享三
代谢组学和转录组学的结合揭示了短链氯化石蜡对雄性大鼠的肝毒性IF 7.943
背景
在各种工业应用中使用的短链氯化石蜡（SCCP）已被列为新型持久性有机污染物。

以前基于高剂量暴露的研究表明它们具有肝毒性， 但是它们的毒性或不良后果途径以及健康风险的机制仍然未知。

实验设计
转录组结果
口服SCCP后28天，SD大鼠肝脏的基因表达水平存在差异，且代谢相关的转录水平发生变化。

（A）从对照组和SCCP组鉴定的基因的PLS-DA得分图；（B）对照组和SCCP组的肝转录指纹；
（C）三个不同剂量组的韦恩图；
（D）基于与代谢相关的差异表达基因的层次聚类。

代谢组结果
口服SCCP 28天后SD大鼠肝脏的代谢谱变化。

（A）暴露于不同剂量的SCCP后肝脏代谢产物的PLS-DA评分图（B）对照组和SCCP组的肝脏代谢指纹图
（C）差异代谢物相关网络图
（D）差异代谢物层次聚类
联合分析
基于转录本和代谢产物的综合富集分析，以不同剂量暴露于SCCP会扰乱的最相关的代谢途径。

代谢通路
口服SCCP后28天，SD大鼠肝脏中的氨基酸和碳水化合物代谢紊乱。

（A）对照组和三个剂量处理组的SD大鼠肝脏中总氨基酸浓度的对比
（B）受SCCP干扰的最相关的通路富集分析
一、在与环境相关的剂量下，大鼠接触短链氯化石蜡会导致肝毒性
二、小剂量接触短链氯化石蜡后，大鼠肝脏脂质、氨基酸和核苷酸代谢的变化与转录组变化有关，这可能部分解释了高剂量接触短链氯化石蜡大鼠的组织学检查结果、血糖和体重变化
三、本研究结果提高了人们对短链氯化石蜡诱导的大鼠肝毒性中PPARα和能量代谢作用的重视
四、这项研究有一些局限性。

因此，为了进一步验证短链氯化石蜡对PPARα的激动作用，应进行表达/敲除实验以使这一结论更有说服力。

相互验证转录组联合代谢组研究思路
样本
转录组代谢组
差异基因
差异代谢物
联合分析
聚焦到点/后续验证
PART 03
转录加代谢知识小结
小结
一、转录组和代谢组对样本要求不同，注意提前了解
二、取样时，一定分装，低温保存
三、实验设计时，注意转录组样本和代谢组样本一一对应
四、重复数建议：细胞样本6-8例/组、动物样本8-10例/组、
临床样本30例以上
文章中常用的分析
一、PCA分析
二、KEGG分析
三、KEGG富集分析
四、相关性分析
五、差异相关性分析
六、相关性网络图
一、PCA分析
分别对转录组和代谢组进行PCA分析，直观显示样本组间分别在转录组和代谢组中是否存在差异
二、KEGG分析
根据实验代谢组差异代谢物分析，结合转录组差异基因分析结果，将相同分组的差异基因和差异代谢物映射到KEGG通路上，以便更好的了解基因与代谢物之间的关系
三、KEGG富集分析
根据差异代谢物以及差异基因的富集结果，绘制柱状图，展示同时具有差异代谢物和差异基因的通路的富集结果。

四、相关性分析
对每组差异分组检测到的基因和代谢物进行相关性分析。

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五、差异相关性分析
选取具有0.8相关系数以上的差异代谢物和差异基因
六、相关性网络图
通过网络图来表示代谢物和基因之间的相关关系，一般选取相关性大于0.8的差异基因和差异代谢物。

谢谢大家的观看。