为合成代谢途径选择宿主生物,并为合成代谢途径中的外源反应确定外源酶是合成生物学和代谢工程的两大挑战问题.自然界中存在成千上万种微生物和生物合成反应,仅通过生物实验来确定这些目标既昂贵又耗时.本文设计开发了一种名为RPS(recommend metabolic pathway's species)的新型生物推理软件系统,以辅助合成代谢途径的设计.RPS软件可根据竞争性内源反应的比例和途径末端代谢物的数量为合成代谢途径推荐合适的宿主生物,并通过酶的系统发育距离和反应动力学信息为宿主生物中的外源反应识别合适的外源酶.有别于已有的以宿主为中心的合成代谢途径设计工具,RPS软件以代谢途径为中心的特点可帮助研究人员以不同视角评估合成代谢途径设计.实验结果表明,RPS软件工具可准确识别合成代谢途径潜在的宿主生物,并为合成代谢途径中的外源反应发现合适的外源酶.用户可通过https://biolab.gxu.edu.cn/RPS在线使用RPS软件工具.

中药中蕴含着许多高价值活性成分,如青蒿素、紫杉醇、长春碱以及长春新碱等,但是这些中药高价值活性成分在基原植物中含量较低,结构复杂,提取和分离难度较高.为了保护有限的中药资源,研究人员采用化学全合成策略,成功制备了许多结构高度复杂的中药高价值活性成分,但是化学全合成面临苛刻的反应条件,冗长的合成路线及较低的收率等挑战.随着合成生物学的快速发展,许多中药高价值活性成分可以通过生物细胞工程制备,与化学全合成形成互补,为中药高价值活性成分的制备提供了新的策略.该文以β-榄香烯、青蒿素、丹参酮、长春新碱以及高三尖杉酯碱为例,简要梳理了代表性中药高价值活性成分的生物合成和化学合成研究进展.此外,还提出了生物合成与化学合成相结合的研究范式,包括化学酶法结构修饰中药高价值活性成分、生物合成结合半合成量产中药高价值活性成分、仿生合成助力中药高价值活性成分的生物合成途径解析等,为中药高价值活性成分合成提供重要参考.

C-糖基化修饰是植物次级代谢产物修饰之一,能增加植物次级代谢产物稳定性、生物利用度、水溶性和生物活性.黄酮类碳苷化合物作为重要的植物次级代谢产物之一,在调控植物生长发育和抵御病虫害侵扰、抗紫外光辐射、抗菌等方面发挥重要作用.一般而言,这类化合物的生物合成通常是在C-糖基转移酶(C-glycosyltransferase,CGT)催化下,黄酮类化合物与UDP-Glucose等核苷二磷酸酯发生反应生成.本文综述了近年来CGT催化下生物合成黄酮类碳苷的文献报道,分别从原料黄酮类化合物、黄酮类酚苷和黄酮类化合物生源途径角度出发,论述其生物合成的 3个策略.其中以黄酮类化合物为原料直接或者间接合成黄酮类碳苷是使用最普遍的合成策略;同时整理归纳最近报道的各种CGT的分类、植物来源和催化功能.

[目的]解析甘蓝型油菜种子硫代葡萄糖苷性状的重要遗传位点及候选基因,为甘蓝型油菜硫苷基因克隆和品种品质改良奠定基础.[方法]以甘蓝型油菜KN DH群体种子为材料,对在4个种植环境的种子硫苷含量进行QTL定位和候选基因分析.[结果](1)甘蓝型油菜种子硫苷含量变异系数较高且较为稳定,服从数量性状的遗传特点.(2)7 个一致性 QTL(cqGC.A9-5、cqGC.A9-7、cqGC.A9-9、cqGC.C2-9、cqGC.C2-10、cqGC.C9-5 和 cqGC.C9-6)为环境稳定表达 QTL,包括 3 个主效 QTLcqGC.A9-5、cqGC.C2-10 和 cqGC.C9-5).(3)在主效 QTL cqGC.A9-5 和 cqGC.C9-5 鉴定到 3 个候选基因(BnaA09g05480D、BnaC09g05620D 和 BnaC09g05810D),主要涉及硫苷生物合成途径中吲哚-3-乙醛肟、3-烷基-苹果酸的合成及硫苷的转运与分配.[结论]甘蓝型油菜种子硫苷含量为数量性状.3个甘蓝型油菜硫苷含量主效QTL被鉴定到,其置信区间候选基因的拟南芥同源基因参与硫苷合成途径中间产物合成及促进硫苷的转运与分配.

目的:探讨肝细胞癌(HCC)患者尿液小分子代谢物及其代谢特征。方法:采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱技术分析健康人群( n＝10)、肝血管瘤患者( n＝10)和HCC患者( n＝10)尿液中的小分子代谢物。采用正交偏最小二乘法-判别分析和层次聚类分析以及单因素分析等方法分析全组人群的尿液代谢物产物差异。 结果:全组人群中，差异代谢物381种，其中上调的代谢物96种，下调的代谢物285种。与HCC有关的特异性尿液代谢物55种，包括21种上调的代谢物，如Acetyl-DL-Leucine、Ala Asp、HoPhe-Gly-OH等，以及34种下调的代谢物，如Selenocystathionine、Met Trp Met Cys、Valsartan acid等。京都基因与基因组百科全书通路分析显示，差异代谢物主要富集于谷氨酰胺/谷氨酸代谢、赖氨酸生物合成、三羧酸循环和嘌呤代谢等通路。结论:HCC发生过程中伴随多种代谢物和代谢途径改变，分析HCC患者尿液的特征代谢谱，有助于发现肝癌的代谢标志物和潜在的治疗靶点。

目的:探究超高剂量率照射(FLASH-RT)和常规照射(CONV-RT)对胶质瘤小鼠血浆代谢物的影响。方法:胶质瘤模型雄性C57BL/6J小鼠21只，按随机数表法分成健康对照组(3只)、CONV-RT组(9只)和FLASH-RT组(9只)。CONV-RT组以0.4 Gy/s的剂量率对小鼠头部进行单次24 Gy照射，FLASH-RT组以60 Gy/s的剂量率对小鼠头部进行单次24 Gy照射，健康对照组以相同条件给予0 Gy假照射。两照射组照射后1、3、7 d分别收集小鼠眼内眦静脉血并分离血浆。健康对照组于假照射后7 d收集小鼠眼内眦静脉血并分离血浆。采取基于液相色谱质谱串联平台的非靶向代谢组学方法检测胶质瘤小鼠血浆代谢物的变化。结果:胶质瘤小鼠受不同方式照射后，血浆中代谢物均发生显著变化。FLASH-RT组和CONV-RT组3个时间点分别与健康对照组相比筛选出12和5种差异代谢物，照后1 d血浆代谢物差异最大，照后3和7 d血浆代谢物差异减小。FLASH-RT组筛选出的花生四烯酸与异戊酸也存在于CONV-RT组中，其余10种差异代谢物仅存在FLASH-RT组，主要涉及能量代谢和氧化还原反应。FLASH-RT与CONV-RT组均涉及花生四烯酸代谢、不饱和脂肪酸的生物合成和酪氨酸代谢途径。结论:花生四烯酸与异戊酸有可能成为不同辐射方式共有的敏感标记物，为探索FLASH-RT治疗胶质瘤的分子机制提供思路。

目的:基于16S rRNA基因测序技术分析成人隐匿性自身免疫糖尿病（LADA）患者肠道菌群的特征。方法:本研究为病例对照研究。选取2019年9月到2020年10月就诊于山西省长治医学院附属和济医院内分泌科的LADA及2型糖尿病（T2DM）患者作为研究对象，并从该院体检中心同期体检的人群中选取健康人群作为正常对照（NCP）者。收集研究对象谷氨酸脱羧酶抗体（GADA）、蛋白酪氨酸磷酸酶2抗体（IA-2A）等，收集研究对象粪便16S rRNA基因序列。使用微生物组分析软件QIIME（version 1.8.0）分析反映肠道菌群丰富性和多样性的alpha多样性指标和反映组间结构相似性的Beta多样性指标，采用 t检验或单因素方差分析、Mann‐Whitney U检验或Kruskal-Wallis H检验、χ 2检验进行组间比较，基于PICRUST分析微生物功能基因和代谢预测途径的变化特征，采用Spearman相关性分析法分析肠道菌群与各生化及免疫指标的相关性。 结果:共纳入42例研究对象，NCP组14名，T2DM组14例，LADA组14例。3组间的alpha多样性指数差异均无统计学意义（ P>0.05），Beta多样性差异有统计学意义（ P<0.05）。与NCP组相比，LADA组的短链脂肪酸产生菌属如毛螺菌属（ Lac_Lachnospira）、罗氏菌属（ Lac_Roseburia）、瘤胃球菌属（毛螺菌科）［ Lac（ Ruminococcus）］均降低（ P<0.05），与T2DM组相比，LADA组的瘤胃球菌属（毛螺菌科）降低（ P<0.05）。与NCP组相比，LADA组的苯丙氨酸合成、初级胆汁酸生物合成、次级胆汁酸生物合成等代谢预测功能途径降低（ P<0.05）。Spearman相关性分析结果显示，GADA抗体滴度与瘤胃球菌属（毛螺菌科）呈负相关（ r=-0.44），与普雷沃菌属（ r=0.38）、小类杆菌属（ r=0.34）、瘤胃球菌属（瘤胃球菌科）（ r=0.53）均呈正相关（均 P<0.05）；IA-2A抗体滴度与巨球菌属呈正相关（ r=0.13， P<0.05）。 结论:LADA患者存在较为特异的肠道微生物群结构，并伴随着短链脂肪酸产生菌属如毛螺菌属、罗氏菌属和瘤胃球菌属（毛螺菌科）的减少，以及苯丙氨酸合成、胆汁酸生物合成等重要的生物功能基因和代谢预测途径的降低。此外，LADA患者胰岛自身抗体与瘤胃球菌属（毛螺菌科）、普雷沃菌属和小类杆菌属等菌属具有相关性。

目的:鉴定并筛选胆管癌差异性甲基化基因以预测胆管癌患者的预后。方法:选择2019年10月至2020年5月福建省立医院8例胆管癌患者胆管癌组织及癌旁组织进行850K甲基化测序分析，获取差异性甲基化基因。从癌症基因组图谱（TCGA）数据库中下载2018年36例患者胆管癌全基因组甲基化数据及临床信息，从基因表达综合（GEO）数据库下载2012年胆管癌甲基化数据（GSE32879），从GEPIA2数据库下载2018年TCGA数据库胆管癌总生存（OS）及无病生存（DFS）差异生存基因组数据。联合送检样本850K甲基化测序分析的差异甲基化位点（DMP）和差异甲基化区域（DMR）结果、TCGA和GEO数据库中甲基化基因以及胆管癌生存基因，在Sangerbox VENN工具中进行多数据集合分析，交集筛选得出共同差异性甲基化基因。在Sangerbox中运用最小 P值法确定基因表达的临界值，分为差异性甲基化基因高、低表达组，比较两组胆管癌患者OS、DFS、疾病特异性生存（DSS）、无病间隔（DFI）、无进展间隔（PFI）。进行基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析。 结果:8例患者的胆管癌组织与癌旁组织850K甲基化测序共鉴定出121 954个DMP，DMR中共鉴定出差异性甲基化基因1 399个；交集鉴定得出共同预后相关基因氨基葡萄糖（N-乙酰）转移酶1（GCNT1）和神经营养受体酪氨酸激酶3（NTRK3）。GCNT1在胆管癌组织中表达高于癌旁组织，差异有统计学意义（ P=0.040）；NTRK3在胆管癌组织中表达高于癌旁组织，差异无统计学意义（ P=0.790）。采用最小 P值法，以GCNT1及NTRK3联合表达情况预测胆管癌患者预后，按两基因表达量总和排序，以排序的30%为临界值时，胆管癌高表达组及低表达组间DFS差异最为显著（ P<0.001）；两组间OS差异无统计学意义（ P=0.065）。GO功能分析结果显示，GCNT1与蛋白质糖基化、大分子糖基化、糖化、糖蛋白生物合成过程、糖蛋白代谢过程、转移酶活性和转移糖基、蛋白质O-聚糖基化、O-聚糖加工等有关；NTRK3与神经营养素信号通路、Ras信号通路、EGFR酪氨酸激酶抑制、ErbB信号通路、磷脂酶D信号通路、癌症中枢碳代谢、自然杀伤细胞介导的细胞毒性等有关。KEGG分析结果显示，GCNT1主要与黏蛋白型O-聚糖生物合成、代谢途径等系统功能相关联，NTRK3主要与细胞表面受体通路、细胞内信号转导、刺激反应的正向调节、跨膜受体蛋白酪氨酸激酶信号通路、酶联受体蛋白信号通路、MAPK信号通路级联及调节、蛋白质磷酸化信号转导等系统功能相关联。 结论:胆管癌差异性甲基化基因GCTNT1、NTRK3表达对胆管癌患者预后有一定预测作用。

目的:探讨中国成年人BMI与血浆氨基酸和酰基肉碱水平的关联。方法:基于中国慢性病前瞻性研究（CKB）第一次重复调查中2 182名具有靶向质谱代谢组检测的研究对象，采用多元线性回归模型和限制性立方样条模型分析BMI与血浆20种氨基酸和40种酰基肉碱的线性和非线性关联，并识别BMI相关的代谢通路。以BMI的遗传风险评分作为工具变量，采用单样本孟德尔随机化（MR）分析进一步探索BMI与20种氨基酸和40种酰基肉碱的潜在因果关联，并使用MR-Egger法检验水平多效性。结果:观察性分析结果显示，BMI与3种支链氨基酸（异亮氨酸、亮氨酸和缬氨酸）、2种芳香族氨基酸（苯丙氨酸和酪氨酸）、3种其他氨基酸（半胱氨酸、谷氨酸、赖氨酸）以及7种酰基肉碱（C3、C4、C5、C10、C10：1、C14和C16）的血浆水平升高相关，与天冬酰胺、丝氨酸和甘氨酸水平降低相关。通路分析发现7个与BMI相关的氨基酸代谢通路（错误发现率校正后均 P<0.05），包括支链氨基酸和芳香族氨基酸的生物合成、谷胱甘肽代谢等。BMI与亮氨酸、缬氨酸和苏氨酸呈非线性关联，BMI与其他氨基酸和酰基肉碱均呈线性关联。单样本MR分析发现BMI与酪氨酸和4种酰基肉碱［C5-DC（C6-OH）、C5-M-DC、C12-DC和C14］水平升高相关，其中酪氨酸和酰基肉碱C14在观察性分析［ β值（95% CI）分别为0.057（0.044~0.070）和0.018（0.005~0.032）］和单样本MR分析［ β值（95% CI）分别为0.102（0.035~0.169）和0.104（0.036~0.173）］中均与BMI呈显著正相关。经检验，本研究的MR分析满足工具变量的3个核心假设。 结论:中国成年人BMI与血浆11种氨基酸和7种酰基肉碱水平相关，涉及支链氨基酸和芳香族氨基酸代谢、脂肪酸代谢和氧化应激等多种途径，BMI与酪氨酸和酰基肉碱C14可能存在因果关联。

越来越多的证据表明，在免疫系统的进化过程中，精氨酸是调节免疫反应的节点。长期以来，适当补充精氨酸与免疫反应的改善息息相关。精氨酸除了是蛋白质合成的组成成分外，还是不同代谢途径的底物，对免疫细胞生物学有着深远影响，特别是对巨噬细胞、树突状细胞和T细胞免疫生物学。精氨酸的可用性、合成和分解与免疫反应高度相关，对它们的微调可决定不同的促炎或抗炎免疫结果。在这里，我们回顾了人类和啮齿动物体内精氨酸代谢的生物途径，它们是免疫细胞获得这种半必需氨基酸的重要调节因素。随后，我们回顾了既往已经发现或新发现的精氨酸生物合成和分解途径对主要免疫细胞功能的影响。最后，由于精氨酸已成为了一种影响多种免疫功能的分子，我们整理了关于精氨酸代谢紊乱或异常如何与感染性疾病、自身免疫和癌症等病理有关的关键概念。