在基于核磁共振(NMR)的代谢组学数据分析中,尺度缩放是关键的预处理步骤之一,其主要目的是通过调整数据的方差结构,改善后续的多变量统计分析的结果。从信息熵的角度出发,利用KullbackLeibler(K-L)散度来度量不同实验分组的生物样品的1 H NMR波谱数据的差异程度,并结合单位方差缩放法,提出一种基于K-L散度的尺度缩放方法。该方法先利用单位方差法将数据各变量的标准差调整到同一水平上,再利用K-L散度对各变量进行有监督地加权,增强重要变量、减弱无关变量。由于K-L散度是在概率分布的意义上度量数据间的差异程度,且对于高斯和非高斯分布的数据均适用,因此能更准确地度量不同实验分组样品的1 H NMR波谱数据的差异性,从而更有效地地对谱数据的重要变量进行识别和加权。人群尿液1 H NMR波谱数据的分析结果表明,基于K-L散度的尺度缩放方法能有效抑制噪声变量,同时很好地区分特征变量和非特征变量;提高主成分回归(PCR)模型的判别能力;改善偏最小二乘回归判别分析(PLS-DA)模型的解释能力、预测能力以及对特征代谢物的辨识能力。
采用基于核磁共振(NMR)的代谢组学方法,结合生化指标分析及组织病理学检测,研究了具有类胰岛素活性的硫酸氧钒(VOSO4)对Wistar大鼠的毒性作用.通过不同剂量的VOSO4对Wistar大鼠连续灌胃给药16d,收集大鼠的血清和尿液,并采集样品的1H NMR谱进行多变量数据统计分析来辨识其特征代谢物,然后采用TICL(a web Tool for automatic Interpretation of Compound List)方法建立特征代谢物的代谢网络模型,分析受影响的主要代谢途径及其相互关系.研究结果表明:高剂量组(45mg/kg)和低剂量组(15mg/kg)的特征代谢物含量与对照组存在明显的差异;与对照组相比,高剂量和低剂量组血清中乳酸、肌氨酸酐以及牛磺酸等代谢物的含量增加,尿液中氧化三甲胺(TMAO)、肌酐、牛磺酸和甘氨酸等代谢物的含量增加,并呈现显著的剂量依赖关系;给药组中乙酸和琥珀酸的含量都降低.这些结果说明VOSO4可能影响大鼠体内的糖代谢、脂类代谢及肠道菌群代谢等多个代谢系统,高剂量的VOSO4会导致肝脏毒性和肾脏损伤.
