代谢组学及其在法医学中的应用展望

代谢组学是运用色谱、质谱、核磁共振(NMR)、毛细管电泳(CE)等技术对细胞、体液和器官等样品中的代谢物进行分离、纯化和检测,再用生物信息学的手段对所获得数据进行分析处理,从而得到一个或一组生物标记物信息的一门新兴学科。本文通过分析近年来有关代谢组学研究的文献报道,从历史渊源、概念、优点、分析方法、应用研究、存在问题及发展机遇、专业期刊和网站等方面对其进行综述,并根据现有研究对其在法医学各专业的应用作以展望,相信其能为法医学各专业和法医学鉴定提供一条新的研究思路。     

早期死亡时间推断研究进展

死亡时间推断在判断案件的性质、划定侦查范围及锁定嫌疑人等方面至关重要,一直是法医病理学工作的重点和难点。早期死亡时间,即指死后24 h以内,由于距离案发时间更短,对其准确推断能促进案件的成功侦破,具有重要的法医学意义。近年来,国内外法医学者运用一系列新方法和新技术对早期死亡时间推断进行了大量研究。本文对体液生物化学、超生反应、代谢组学、影像学、遗传物质降解规律等方面的研究进展进行综述,以期为早期死亡时间推断的研究和应用提供新的思路。     

代谢组学技术在法医病理学中的研究进展

代谢组学(metabolomics)是在后基因组学时代兴起的一门跨领域学科,其主要目标是定量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体内代谢物水平的多元动态反应。代谢组学在系统生物学、药物医学、临床医学等方面有着广泛的基础应用研究。在法医学方面,主要集中在法医毒理学研究,但随着技术方法的推广,可以预测其在法医病理学有着广阔的研究前景。本文概括了代谢组学的主要分析技术和方法,叙述了代谢组学技术在法医病理学中的研究现状,主要包括死亡时间和死亡原因,并对以后可能的应用领域进行总结和探讨,希望能为相关研究和应用提供参考。     

代谢物组学及法医学新机遇——创建代谢物组学数据库及专家系统的设想

法医学DNA技术促成了法医学实践的一次飞跃,其建立的数据库策略为后续的研究提供了可贵的借鉴;2004年召开的人类基因组大会提出并肯定了代谢物组学的理论和技术,该技术相对于目前应用的其它技术并结合法医学的实践需要,具有更广阔的应用前景,本文借鉴DNA技术成功的经验,首次提议建立代谢物组学数据库及基于该数据库的专家系统,为解决目前法医学难以解决的难题,促成法医学继DNA技术之后新飞跃进行探索.     

氰化物急性中毒大鼠的血浆代谢组学研究

目的 利用代谢组学技术研究急性氰化物中毒大鼠血浆中小分子代谢物的变化，寻找差异代谢物，分析与氰化物中毒相关的代谢途径，进而研究氰化物中毒的机制。方法 将健康SD大鼠随机分为空白对照组和实验组（雄性，每组5只），实验组灌胃3.2 mg/kg(1/2LD50)氰化钾溶液建立氰化物急性中毒模型，对照组灌胃等剂纯水，灌胃后分别于45 min,24 h,120 h眼眶静脉采血，通过高效液相色谱-飞行时间质谱采集大鼠血浆代谢谱，根据主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）以及t检验和变异倍数分析筛选差异代谢物，并通过KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)数据库进行代谢通路分析。结果 筛选出19个与氰化物中毒相关的差异代谢物，且随时间变化差异代谢物的种类存在差异，主要涉及胆汁分泌、氨基酸代谢等共11条代谢通路。结论 可将牛磺胆酸盐和牛磺鹅胆酸盐作为氰化物中毒潜在生物标志物，马尿酸可以作为两者的辅助指标，也可根据差异代谢物的不同进行服药时间的初步推断。氰化物会对机体酶的活性和能量代谢过程产生影响，且可能造成肝脏损伤。     

基于模式识别方法研究深静脉血栓形成大鼠尿液代谢物谱

目的采用代谢组学技术研究深静脉血栓形成(deep venous thrombosis,DVT)大鼠尿液中代谢物谱,筛选出可用于DVT诊断和法医学鉴定的小分子生物标志物。方法建立下腔静脉完全结扎DVT大鼠模型,分为模型组、假手术组和对照组,每组各10只。模型组和假手术组大鼠在建模后48 h于代谢笼中收集24 h尿液,同时对照组收集24 h尿液。核磁共振检测其代谢物谱,SIMCA-P 14.1软件进行模式识别,通过正交偏最小二乘法-判别分析(orthogonal PLS-DA,OPLS-DA)模型中的变量权重重要性排序(variable importance in projection,VIP)值结合Mann-Whitney U检验,寻找尿液中差异代谢物。结果模型组、假手术组和对照组大鼠尿液的代谢轮廓呈现显著性差异。通过偏最小二乘法-判别分析(partial least squares method-discriminant analysis,PLS-DA)模型可以有效判别模型组、假手术组与对照组。与对照组大鼠相比,DVT大鼠尿液中亮氨酸、谷氨酰胺、肌酸、肌酐和蔗糖水平上调,3-羟基丁酸、乳酸、丙酮、α-酮戊二酸、柠檬酸和马尿酸水平下调。结论 DVT大鼠尿液中的差异代谢物有望成为该疾病的候选生物标志物,该结果可为DVT的诊断、治疗和法医学鉴定提供研究基础。     

合成大麻素MDMB-4en-PICA的体内和体外代谢研究

目的 随着新型合成大麻素的演变,其在体内代谢速度增快,对原药的检测难度增加,为确定是否吸食合成大麻素,其生物标志物可以作为强有力的证据,常见的代谢模型有体内代谢模型和体外代谢模型。方法 本研究采用液相色谱-高分辨质谱技术检测斑马鱼体内代谢模型和人肝微粒体体外代谢模型中MDMB-4en-PICA的代谢情况,并使用Trance Finder 4.1通用版进行数据采集和Compound Discoverer 2.1版本进行代谢物鉴定。结果斑马鱼模型代谢产生26种代谢物,人肝微粒体模型代谢产生17种代谢物,总共32种代谢物,其中包括23种Ⅰ相代谢物和9种Ⅱ相代谢物,涉及10种代谢途径。结论 结果显示,两种模型中二氢二醇代谢物（M16）的峰面积均最高,其次是羟基化代谢物（M22）,而且具有一定的特异性,可以推荐作为MDMB-4en-PICA潜在的生物标志物。     

大鼠皮肤降钙素基因相关肽表达与损伤时间的相关性

目的探讨创伤皮肤组织降钙素基因相关肽(CGRP)的时间相关性表达,为损伤时间推断提供实验依据。方法应用免疫组化技术、图像分析技术和原位分子杂交技术检测不同损伤时间大鼠皮肤组织生前及死后CGRP表达。结果生前组大鼠损伤后皮肤组织内CGRP在神经纤维中表达明显高于对照组(P<0.05)。死后组皮肤组织中CGRP表达与正常对照组比较无明显变化(P>0.05)。生前组中CGRP表达在损伤后1h明显增多,4h达到高峰,以后恢复到正常。结论损伤组织神经纤维中CGRP表达具有规律性且有较好的时间相关性,可成为法医学损伤时间推断的指标。     

mRNA在法医学中的应用现状与展望

近年来,随着RNA生物学性质和功能研究的日渐深入,RNA在法医学体液鉴别、斑迹形成时间推断、死亡时间推断、死亡原因分析、损伤时间推断等方面的作用受到了广大法医学研究者的重视,逐渐成为目前法医学应用研究的热点之一。本文综合介绍了mRNA在法医学中的应用现状,并对其未来应用前景进行了展望。     

DNA含量变化与死亡时间推断的研究进展

在法医学实践中,死亡经历时间的推断具有重要的实践价值,但其准确推断却一直是法医学实践的难题,因而也一直是法医学研究的热点。法医DNA技术是近年来发展起来的在分子水平进行死亡时间推断的新技术、新方法,同传统方法相比,具有很大的优势,本文对该技术提出的背景、发展、优缺点以及发展前景进行综述,着重对DNA含量变化与其相关性的研究进展进行讨论。     

RNA分析技术在法医学中的应用

RNA是近年来分子生物学技术领域的研究热点之一,随着分子生物学技术的发展与成熟,RNA技术逐渐在法医学领域得到应用,用来处理传统的DNA分析方法难以解决的法医学问题,如推断死亡时间（PMI）,检测伤口形成时间以及体液鉴定等。本文综述介绍目前RNA分析技术在法医学中的国际发展趋势以及目前存在的局限性,为今后该技术在法医学领域的更广泛应用奠定基础。     

腰椎间盘突出的自身免疫反应及其法医学意义

损伤时间推定与伤、病鉴别,一直是法医学领域研究的重要课题。腰椎间盘突出是一种以人的生理退行性变为基础的改变,为了寻找准确推断其发生时间的方法,本文综述了腰椎间盘突出后机体细胞免疫、体液免疫反应与损伤时间的关系。认为进一步研究突出髓核组织局部与外周循环中IgG、IgM表达的特征性变化,有望成为推定损伤时间的方法之一。     

非典型电流损伤死亡大鼠血清代谢组学变化

目的利用核磁共振氢谱(~1H nuclear magnetic resonance spectroscopy,~1H NMR)代谢组学方法寻找非典型电流损伤死亡大鼠血清中的差异性代谢产物,为生前非典型电击死的判定以及其与死后即刻电击的鉴别提供依据。方法分别制作大鼠非典型电击死模型、死后即刻电击模型、机械性窒息死亡模型、机械性损伤死亡模型和高温损伤死亡模型,对照组大鼠不做任何处理常规处死。取各组大鼠血清进行~1H NMR代谢组学技术检测,筛选差异性代谢产物。结果非典型电击死组与机械性窒息死亡组、机械性损伤死亡组、高温损伤死亡组、对照组间比较,共筛选出4个具有鉴别价值的化学位移点及其对应的多种代谢物,包含醇类、酚类、糖类、氨基酸类等多种小分子物质;非典型电击死组与死后即刻电击组、对照组间比较,共筛选出8个具有鉴别价值的化学位移点及其对应的多种代谢物,包含糖类、氨基酸类、酯类、核酸等多种小分子物质。结论~1H NMR代谢组学技术能够发现非典型电流损伤死亡的差异性代谢产物,有望为非典型电流损伤死亡的诊断以及生前电击与死后即刻电击的鉴别提供依据。     

颅脑损伤修复机制与载脂蛋白E基因多态性的研究进展

颅脑损伤是一种由暴力作用于头颅引起的损伤,由致伤外力作用于头部所导致的颅骨、脑膜、脑血管和脑组织的机械形变。载脂蛋白E（apolipoproteins E,ApoE）是载脂蛋白的一个重要类型,参与机体脂质代谢及胆固醇平衡的调节。近年来发现,ApoE的基因多态性与多种疾病相关,其免疫反应性与脑损伤时间有关联,神经系统的正常生长和损伤后修复都具有一定规律性。本文对ApoE的生物学特性、脑损伤后的作用机制以及在法医学中的应用前景进行综述,希望为脑创伤时间推断及其相关实验研究提供新的思路。     

代谢组学在法医毒理学的应用进展

代谢组学是继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后迅速兴起的系统生物学的一个重要分支。它通过组群指标分析,进行高通量检测和数据处理,对生物体内的小分子代谢物进行动态的定性定量分析,可灵敏地发现由毒物作用引起的异常代谢变化,获得毒物毒性效应、作用机制和生物标记物的信息。本文从代谢组学在滥用药物、农药和有毒动植物毒理学研究的应用等方面进行综述,阐述这一法医毒理学研究的新方向。     

基于代谢组学技术的毒鼠强中毒机制研究

目的 研究毒鼠强中毒后大鼠的血浆代谢组学随时间变化规律，从代谢组学角度揭示其毒理学作用机制，为毒鼠强中毒的相关法医学研究提供依据。方法 将SD大鼠随机分成对照组和实验组(n=8)，实验组大鼠灌胃1/4LD₅₀(0.05 mg/kg)毒鼠强乙酸乙酯溶液，对照组灌胃等剂量乙酸乙酯溶液，灌胃后于24 h、5 d、16 d眼眶静脉采血(约1 mL)，应用超高效液相色谱-飞行时间质谱联用技术检测血浆中的内源性小分子物质。采用主成分分析(PCA)、正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)等筛选显著差异代谢物，寻找与毒鼠强中毒相关的代谢通路。结果本研究以变量权重重要性排序(VIP)值>1和student t检验的P值<0.05为筛选标准，中毒后不同时间点共筛选出显著差异代谢物30种，包括鞘脂类、氨基酸类和脂肪酸类化合物，涉及到鞘脂信号通路、鞘脂代谢和ABC蛋白转运等10条代谢通路。结论 毒鼠强中毒后机体多条代谢通路受到显著影响，主要是不同程度的神经系统调节紊乱和能量代谢紊乱，整体变化呈现出累积效应，可为研究毒鼠强毒性作用机制提供依据。     

甲卡西酮及其代谢物在大鼠体内的毒物代谢动力学

目的研究甲卡西酮及其代谢物卡西酮、麻黄碱和伪麻黄碱的毒物代谢动力学特征。方法大鼠分别以甲卡西酮17.25mg/kg和34.5mg/kg经腹腔注射给药,给药后不同时间点经内眦静脉采血,血液中甲卡西酮及其代谢物卡西酮、麻黄碱和伪麻黄碱用HPLC-MS/MS定性、定量检测,DAS3.2.8药代动力学软件拟合动力学方程并计算毒物代谢动力学参数。结果甲卡西酮原体在大鼠血液中的代谢动力学过程符合一级吸收二室开放模型,达峰时间在给予剂量间无明显差异,剂量可以明显导致消除半衰期的延长。低剂量组代谢动力学方程为C=10515.971×e~(-0.024t)-10515.919×e~(-0.144t),高剂量组代谢动力学方程为C=12410.093×e~(-0.015t)-12409.465×e~(-0.169t)。甲卡西酮和卡西酮的检出时限为24h,麻黄碱和伪麻黄碱的检出时限均为2h。甲卡西酮和卡西酮在血液中的浓度比随注射时间的变化不受药物在体内的吸收过程影响,呈指数关系。结论本研究建立的甲卡西酮毒物代谢动力学方程和参数,代谢物的检出时限及与吸毒时间的变化规律可以为甲卡西酮吸毒鉴定的合理取样,原型和代谢物的检出,浓度关系推断吸毒时间以及法医学鉴定提供理论和实验依据。     

电导率测定在法医学中的研究进展

电导率(electrical conductivity,EC)是电化学分析法中的重要理化指标。近年来随着转化医学和交叉学科理论技术在法医学上的渗透与借鉴,EC在法医学领域得到了新的应用。本文就EC在生物组织新鲜程度测定、推断死亡时间和法医埋藏学应用三个领域加以综述,以期为相关科学研究和有关实践提供参考。     

线粒体DNA在年龄推断中的应用

线粒体是机体ATP产生的场所,近年来研究发现线粒体DNA(MitochondrialDNA)的损伤程度会随着年龄的增长而增加。深入研究并将mtDNA的损伤程度应用在法医学软组织的年龄推断中将有重要意义。     

采用无创性核磁共振技术进行损伤时间推断初探

目的建立大鼠皮肤损伤核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR）检测方法,探讨其在法医学中应用的意义。方法雄性SD大鼠36只,随机分为皮肤切创和挫伤组,分别在大鼠背部制作皮肤切创和挫伤,各组分别在损伤后0h、4h、8h取皮肤组织及对侧无损伤部位皮肤,检测NMR一维1H谱,观察受创皮肤的分子代谢产物随损伤时间的变化规律。结果挫伤组、切创组背部损伤处皮肤的1H-NMR图谱在损伤后4h和8h分别检测到较多NMR波峰,波峰的高度和总面积也发生了改变,与对照部位皮肤相比,存在显著性差异（P〈0.05）。结论核磁共振技术检测组织代谢产物有望用于损伤经过时间的法医学检验。