利用核磁共振(NMR)對死后代謝物變化進行分析
法醫(yī)學對法庭的重要性不言而喻——所提供的科學證據(jù)對定罪或者無罪審判而言,至關(guān)重要??商峁┑淖C據(jù)包括指紋識別、DNA分析、血濺形態(tài)分析(BPA)、死亡時間以及死后間隔時間(PMI)。
PMI間隔在上述證據(jù)中最為常用,因此它被認為是最重要的數(shù)據(jù)。確定PMI的方法有如下幾種:根據(jù)尸體的物理變化(包括體溫、肌肉僵硬程度及尸斑);DNA降解;法醫(yī)昆蟲學;以及碳定年法。在死后的幾個小時內(nèi),可通過分析尸體的物理變化來得到準確的PMI計算結(jié)果。針對死后幾周到幾年的情況,則其他方法更為精確。對于死后幾小時到幾周這段時間,目前還尚未存在任何一種方法,可提供準確可靠的PMI數(shù)據(jù)。
代謝組學在PMI推斷方面,具有無限潛力
目前,代謝組學展示出了無限的潛力,可在死后幾小時到幾周這段時間,對PMI進行推斷。該技術(shù)可分析生物體內(nèi)系統(tǒng)的全部成分,可對死后體液中的代謝物變化進行監(jiān)測。理想情況下,這些代謝物變化應(yīng)隨著死后相對較長的時間,線性出現(xiàn)。這樣的話便可獲得準確可靠的數(shù)據(jù)。因此,目前這項研究正著手于,在那些與上述條件高度契合的體液中尋找具潛力的代謝物。
許多初步研究已經(jīng)在一系列的體液中,確定了代謝變化,但最近在動物模型上開展的工作,表明了眼液——即房水(AH)和玻璃體液(VH),是適用于PMI推斷的體液。與其他諸如血液之類的體液相比,從解刨學角度上看,眼液是單獨隔離開的。因此其代謝物變化較慢,這使得測量更為可靠。
最近,一些來自俄羅斯國際斷層掃描中心和新西伯利亞法醫(yī)臨床局的研究人員開展了一項研究,用于確定眼液在人體PMI推斷中,是否也同樣具有前景。并且他們還測定了具潛力的代謝物,作為該類分析的生物標志物。
通過使用布魯克Avance III 核磁共振波譜儀,來識別代謝物生物標志物
該團隊從那些具有不同PMI間隔的人類尸體上收集了血液、AH和VH,并對這些樣品進行了處理,然后得到了血漿、AH中的去蛋白提取物以及VH中的去脂質(zhì)提取物。利用布魯克Biospin Avance III HD 700 MHz NMR波譜儀,可通過核磁共振(NMR)技術(shù)對這些樣品進行代謝組學定性分析。
根據(jù)所得數(shù)據(jù),研究人員在三個樣品中發(fā)現(xiàn)了42種代謝物。在這組樣品中,有6種代謝物與所有體液中的PMI都展示出了高度線性正相關(guān)性。它們是次黃嘌呤、膽堿、肌酸、甜菜堿、谷氨酸和甘氨酸。
血液中的代謝物濃度變化較為雜亂無章,而與血液相比,AH和VH中的濃度變化則更慢且更為平穩(wěn)。這些數(shù)據(jù)有力地支持了之前在動物中進行的代謝組學分析,因此可得到如下結(jié)論:AH和VH更適用于PMI推斷。
在這兩種眼液中,研究人員在VH中觀察到了很強的PMI與代謝物濃度的線性正相關(guān)關(guān)系。這種現(xiàn)象的原因歸結(jié)于VH具有較高的黏度,并相較于AH,其與血管系統(tǒng)的隔離程度較高。然而,AH取樣過程具有更低的血液污染風險——這可避免實驗中產(chǎn)生錯誤。并且由于AH含有非常低的蛋白質(zhì)和脂質(zhì),因此其樣品制備更為簡單。
結(jié)合多種生物標記物進行分析,可提高PMI推斷的準確性
到目前為止,該領(lǐng)域絕大部分的科研文章都專注于使用一種代謝物來作為PMI推斷的生物標志物。然而,這項研究確定了6種潛在的、可用作PMI生物標志物的代謝物。因此,研究人員還進行了基于多種代謝物的代謝組學分析。
AH中的肌酸、膽堿和甜菜堿,以及VH中的肌酸和甜菜堿——這些代謝物呈現(xiàn)出了與PMI的強正相關(guān)性。利用2-3種這樣的生物標志物組合,可顯著降低PMI推斷的誤差。有趣的是,使用三個以上這樣的代謝物并不能進一步提高PMI推斷的準確性。
總結(jié)
這項研究為動物數(shù)據(jù)提供了支持,表明了與血漿相比,那些解剖學上被隔離的液體更適用于PMI推斷,因為其代謝變化較慢且較平穩(wěn)。AH和VH都能提供準確可靠的信息。雖然VH數(shù)據(jù)更為準確,但AH樣品更容易制備,受污染風險更小。
由于這幾種代謝物(次黃嘌呤、膽堿、肌酸、甜菜堿、谷氨酸和甘氨酸)——它們與PMI都呈線性正相關(guān)關(guān)系,因此文章作者建議,可在分析中結(jié)合使用這幾種生物標志物,以提高PMI推斷的準確性、可靠性及盡可能地減少誤差。
一套應(yīng)用于法醫(yī)學的、全面的解決方案組合
布魯克可為法醫(yī)學分析提供一套全面的解決方案組合,包括:對毒品與興奮劑、化學戰(zhàn)劑(CWA)進行識別和量化分析、對爆炸物進行表征、對食品摻假、藝術(shù)品和文件偽造進行檢測,以及環(huán)境法醫(yī)學方向檢測,如廢料分析以及犯罪現(xiàn)場調(diào)查(如玻璃,纖維及槍擊殘留物分析)。布魯克研發(fā)的技術(shù)不僅可應(yīng)用于每日常規(guī)分析,還可用于研發(fā)和完善新方法(以本文中的研究為例)。布魯克的目標是讓執(zhí)法部門能夠為法律程序提供一致且有力的數(shù)據(jù)——社會將因此更加安全。
參考文獻:
1. Zelentsova, E., A., et al. (2020). Post-Mortem Changes in Metabolomic Profiles of Human Serum, Aqueous Humor and Vitreous Humor. Metabolomics. https://doi.org/10.1007/s11306-020-01700-3.