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背景与目的: 准确推断死亡时间(Postmortem Interval,PMI)一直是法医鉴定的重要课题。本实验建立在不同环境温度条件下,应用GC-MS检测尸体脾组织氨基酸等降解产物的含量变化,获得相应物质的代谢规律,筛选与PMI相关性好的标志物及其组合性推断PMI方程。 材料与方法: 1、材料:汕头市屠宰场放血处死的健康家猪(4月龄),平均重145.5 kg,提取完整脾脏,分别置于15℃、25℃、30℃和75%恒温恒湿-昼夜光照12 h的人工气候箱,3个温度组分别0h~156h、0 h~132 h、0 h~108 h每隔12 h取材/14个时间点组、12个时间点组、10个时间点(n=8/组)。其中25℃组另取材,同时进行组织形态量化病理学分析。 2、检材处理:剪取去被膜脾实质0.1g,加1 ml80%乙醇(1:10 M/V),匀浆后固定72 h,盐酸酸化-萃取,离心,取上清,沉淀物二次提取离心,取上清置前一管混匀,加乙腈祛蛋白,离心取上清,加内标,吹干、待衍生化。 3、正交试验优化考察:采用正交设计方法,优化微波辅助衍生化的操作参数,SPSS17.0自动生成正交表L16(44×23),衍生化效率有较大影响的3个因素(每个因素2~4水平):溶媒(乙腈、吡啶),功率(低火、中火、中高火、高火),时间(1、2、3和4 min)进行考察,取1μL检测。 4、方法学考察:线性、仪器及制样精密度、重现性及稳定性试验。 5、形态学及量化病理学:拍照固定大体,Photoshop CS5读取各组照片RGB四个通道均值;取材常规HE切片染色及We igert氏间苯二酚品红染色(弹力纤维染色),观测各组织形态变化,采用Image-Pro Plus6.0量化分析组织间隙、核总面积及IOD等指标。 6、统计分析:数据分析采用SPSS17.0、GraphPad Prism5、SIMCA-P11.5等软件,统计方法包括单因素方差分析、主成分分析和逐步多元回归,P<0.05为差异有显著性。 结果与讨论: 1、微波辅助衍生化法及方法学验证:使用吡啶为溶媒,低火反应2 min,可以提高效率,节省时间,适用于大批次生物样本的代谢组学研究。标准品各氨基酸响应值与其浓度间呈良好的线性关系(R2﹥0.99,除Ser0.9591),日内/日间精密度RSD均小于15%;脾脏至少检出12种游离氨基酸,其中各氨基酸日内精密度 RSD3.47%~19.72%,日间精密度RSD4.03%~19.07%;除Gly(25.69%)和Tyr(21.21%)外,余氨基酸重现性RSD均小于20%,硅烷化产物室温下6h稳定性良好(RSD﹤10%)。 2、应用SIMCA-P软件对不同温度组脾组织氨基酸含量主成分分析,第一、二主成分:15℃组死后0 h~60 h聚集分布于得分图左边,与60 h~156 h样本分离,提示死后60 h氨基酸组成变化不明显,60 h后变化较显著;25℃组死后0 h~24 h主成分聚集,24 h后分离明显,提示24 h氨基酸组成变化不甚显著,之后变化显著;30℃组死后24 h内主成分明显分离且均位于得分图左边,24 h后则分布于右边,提示死后24 h内脾组织氨基酸组成变化显著,24 h后氨基酸组成变化较小,证实环境温度对于脾组织蛋白质等生物大分子降解影响显著。 3、各温度组24 h和60 h时间点的氨基酸含量比0 h的增长倍数:15℃组的分别为-0.6~3.7倍、-0.2~12.9倍;25℃组的分别为0.4~6.6倍、-0.2~53.6;30℃组的分别为-0.9~8.5倍、-0.9~16.6倍。说明随着环境温度升高,脾组织蛋白质降解速率增快。但是,作为自溶腐败引起生物大分子蛋白质降解为氨基酸产物过程中,环境温度与化学反应之间的关系,与无机化学的范特霍夫规则存在不同,有待进一步研究。 4、多元逐步回归法,筛选氨基酸标志物,建立基于不同温度下尸体脾组织氨基酸含量变化推断PMI的数学模型: 15℃组:y=-3.868+69.686xAla+63.287xVal(窗口期0 h~156 h),R2=0.881,P﹤0.01,S.E.=15.68 h; 25℃组:y=10.947+12.284xAla+20.487xVal+9.681xLys-25.844xGln-7.028xILeu(窗口期0 h~132 h),R2=0.852,P﹤0.01,S.E.=15.83 h; 30℃组:y=74.291-55.947xGly-40.578xGlu+26.290xTyr-63.878xAsp(窗口期0 h~108 h),R2=0.605,P﹤0.05,S.E.=20.77 h。 (注:方程中y表示PMI,x表示各氨基酸矫正峰面积) 上述模型经检验,标准化残差P-P图累积概率成线性,残差符合正态分布。共线性诊断结果提示模型有意义,方程稳定。 5、25℃组形态学:随PMI延长,脾组织逐渐失去光泽,纹理消失,瘫软、海绵样空泡状,腐败气泡,腐败液增多。HE染色,组织结构从清晰、排列规则紧密,逐渐肿胀模糊、结构紊乱消失,轮廓残留。弹力纤维染色,动脉内弹性膜结构致密清晰、规则束状环层波浪状排列,逐渐局部增粗、凝聚,部分分离、断裂、崩解等。 6、脾组织大体染色的RGB、R、G、B检测均呈时序性下降趋势(P﹤0.01),死后0 h~120 h与PMI具有一定的相关性。HE染色组织量化观测,间隙总面积推断PMI窗口期0h~108 h(R2=0.825),核总面积及IOD的窗口期0 h~48 h,分别R2=0.911、R2=0.609。 7、25℃组,将所有指标进行多元逐步回归,最终得到拟合方程:y=99.404-0.699 xR+5.375xAla+91.195xMet-16.88xAsp+9.073xGlu-13.908xLeu(窗口期0 h~132 h),R2=0.989,P﹤0.01,S.E.=5.22 h 结论: 1、本研究改良传统的衍生化方法,建立微波辅助衍生化,显著缩短反应时间,更适用批量生物组织检材的代谢组学研究; 2、GC-MS检测尸体脾组织时序性代谢降解轮廓,证实了随PMI延长,游离氨基酸等小分子物质含量时序性增多的变化规律,符合自溶腐败过程中生物大分子单向降解反应,产生基本结构的氨基酸小分子的尸体生物化学原理,可筛选出与PMI相关性好的生物标志物,获得多元组合推断PMI回归方程; 3、通过3个不同温度组对比研究,证实了温度明显影响尸体组织氨基酸降解代谢速率,不同氨基酸其代谢速率与环境温度之间的关系各不相同,呈不同于无机化学范特霍夫规则的复杂非线性,尚需进一步深入研究; 4、尸体脾组织形态结构的量化病理学呈时序性变化,可用于辅助推断PMI。