中科院PLoS ONE获代谢研究新进展

　　

生物通报道：来自中科院上海生科院营养科学研究所，中科院系统生物学重点实验室等处的研究人员发表了题为“Associations between Ionomic Profile and Metabolic Abnormalities in Human Population”的文章，利用ICP-MS检测技术，结合生物信息学的手段来分析了将近上千名正常及患代谢综合征、糖尿病和肥胖的中年患者血浆离子谱网络调控规律，并首次提出“疾病离子组学”的新概念。相关成果公布在PLoS ONE杂志上。

这项研究由营养科学研究所王福俤研究组、林旭研究组及中科院系统生物学重点实验室李亦学研究组合作完成，得到了国家科技部、国家自然科学基金委、中国科学院及上海市科委等经费资助。

生物体内的离子（包括金属、类金属和非金属）含量及分布具有重要的生理学意义并逐渐成为生命科学的研究热点，离子组学是利用现代高通量元素分析手段如电感耦合等离子质谱（ICP-MS），结合生物信息学和功能基因组学等手段来研究检测样本中的离子含量、分布、转运代谢规律等。

离子组学在微生物学和植物学等领域的研究较为活跃，在医学和营养学中的研究却相对较少，且由于统计计算方法的缺失，主要集中于某一种或几种离子在疾病中的单一作用的研究。对比以往研究，本研究在样本选择、数据分析等方面有新的突破。

在这篇文章中，研究人员利用ICP-MS检测技术，结合生物信息学的手段来研究了976名正常及患代谢综合征、糖尿病和肥胖的中年患者血浆中18种离子谱网络调控规律。

这将系统生物学统计分析方法mutual information引入离子谱调控规律研究，解析离子谱与病理和生理表型间的复杂和内在关联，为分析多离子的复杂调控关系提供了新的研究体系。

研究人员不仅发现血浆铜和磷与肥胖、代谢综合征、2型糖尿病均具有显著的关联，还发现不同元素在与代谢性疾病的相互关联中所起作用的模式各不相同：钾和铬比较倾向于单独发挥作用；铁在2型糖尿病中更趋向于与其它元素如铜等互相影响而发挥作用；铜既可以单独在肥胖中发挥作用，也可以与其它离子互作从而影响肥胖代谢。

虽然还需要在不同追踪人群中进行验证，但这一研究在国际上首先提出“疾病离子组学”（Disease Ionomics）的新概念，为今后进一步研究金属离子在代谢相关疾病中的作用及机制提供了重要理论依据和新的思路。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Associations between Ionomic Profile and Metabolic Abnormalities in Human Population

Background
Few studies assessed effects of individual and multiple ions simultaneously on metabolic outcomes, due to methodological limitation.

Methodology/Principal Findings
By combining advanced ionomics and mutual information, a quantifying measurement for mutual dependence between two random variables, we investigated associations of ion modules/networks with overweight/obesity, metabolic syndrome (MetS) and type 2 diabetes (T2DM) in 976 middle-aged Chinese men and women. Fasting plasma ions were measured by inductively coupled plasma mass spectroscopy. Significant ion modules were selected by mutual information to construct disease related ion networks. Plasma copper and phosphorus always ranked the first two among three specific ion networks associated with overweight/obesity, MetS and T2DM. Comparing the ranking of ion individually and in networks, three patterns were observed (1) “Individual ion,” such as potassium and chrome, which tends to work alone; (2) “Module ion,” such as iron in T2DM, which tends to act in modules/network; and (3) “Module-individual ion,” such as copper in overweight/obesity, which seems to work equivalently in either way.

Conclusions
In conclusion, by using the novel approach of the ionomics strategy and the information theory, we observed potential associations of ions individually or as modules/networks with metabolic disorders. Certainly, these findings need to be confirmed in future biological studies.

作者简介：

王福俤博士，1992年获河北医科大学公共卫生学院学士学位，1995年获上海同济大学医学院营养与食品卫生学硕士学位，1998年第二军医大学公共卫生学(营养学)博士学位。1998-2002年在第二军医大学海军医学系工作，先后任讲师、副教授、硕士生导师、教研室主任。2002-2004年在美国密苏理哥伦比亚大学营养系和生物化学系从事博士后研究。之后在美国哈佛大学医学院和波士顿儿童医院任研究员；美国佛罗里达大学人类营养与食品系任研究副教授。2008年至今任中国科学院上海生命科学研究院营养科学研究所研究员、博士生导师、矿物质分子营养学研究组(Mineral Molecular Nutrition Laboratory)研究组长。现任国家卫生部食品安全国家标准评审委员会委员、中国营养学会老年营养分委会委员、上海营养学会理事、上海营养学会副主任委员、上海预防医学会营养与食品安全分委会委员、美国佛罗里达大学食品与人类营养系Courtesy Professor。2008年入选中国科学院“****”。目前承担国家自然科学基金项目重点项目1项，国家自然科学基金项目面上项目2项，国家重点基础研究发展计划(973计划)项目，科技部支撑计划及上海市基础研究重点项目。

研究领域：
本实验室目前的主要研究方向：1)铁和锌离子稳态调控的分子机理；2)金属离子稳态失衡在疾病发生发展中的作用。矿物质和微量元素是构成人体组织和维持正常生理活动的重要物质，过少会引发相应的缺乏病，例如锌缺乏可引起小儿厌食、生长发育停滞以及免疫力降低等；铁缺乏可以引发缺铁性贫血。但这些矿物质和微量元素过量同样对健康造成极大危害，例如人类血色病是一种以过多铁质沉着于脏器组织为主要症状的先天性代谢缺陷病，晚期患者多可出现肝硬化、糖尿病和心脏病变等。因此维持机体矿物质和微量元素平衡对人类健康至关重要。近年来由于分子生物学技术的发展，多种参与离子转运与代谢的新基因被克隆和鉴定，使人类对离子稳态调控分子机理有了一定的了解，但还有很多问题有待深入研究。我们将运用涵盖分子生物学、细胞生物学、生物化学及遗传学等多学科前沿实验技术，以基因敲除小鼠和细胞系统为模型研究铁和锌稳态调控的分子机理。

本实验室的主要研究工作将集中在：1)研究铁代谢通路重要基因包括Mon1a、转铁蛋白受体、Ferroportin和Hemojuvelin调控铁稳态的分子机理；2)研究锌离子转运蛋白ZIP家族基因调控锌离子稳态的分子机理；3)研究铁和锌稳态失衡在糖尿病和肿瘤发生发展中的作用并寻找相应的防治手段；4)筛选和鉴定金属离子稳态调控新基因。