代谢组学技术及其在药学研究领域的应用

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1、代谢组学技术及其在药学研究领域的应用代谢组学是近年来兴起的一门学科，其研究对象主要是能反映生物体所处环境的生物体液、生物标本、细胞提取物、细胞培养液和组织，并利用核磁共振和质谱等技术进行分析。在药学研究领域已成为研究的热点。对代谢组学的概况、分析技术及其近些年在药学研究领域中的应用进行了综述，并对代谢组学这一研究方法的优缺点进行小结。1引言随着生命科学的迅速发展，人们对生命体的研究逐渐从局部转向为整体，并由此产生了许多种组学的研究方法。在蛋白质组学和基因组学兴起之后，又发展起来了一种全新的组学技术，即代谢组学，它是系统生物学的重要组成部分。英国的Nicholson教授于1999年首次提出

2、代谢组学概念。代谢组学因其全局性的研究理念，迅速发展并渗透到多个领域，比如营养食品科学、植物学、环境学、医学、药学等。如今，代谢组学在这些领域都展现了其广阔的应用前景，尤其在药学研究领域发挥的作用不可估量。笔者就代谢组学的概况及其在药学研究领域中的应用现状和前景等进行阐述。2代谢组学概况2.1代谢组学的概念代谢组学指的是一种研究方式，它能定性或者定量分析生物体内的代谢物，并寻找代谢物与机体发生生理病理变化的相对关系。代谢组学主要考察生物体系受干扰（环境变化或某个特定基因的变异）或刺激后其代谢产物的变化或随时间的变化，其研究对象是小分子物质，相对分子质量大多在1000以内。这些代谢物既能反

3、映细胞营养状态和细胞所处的环境，也能反映环境污染物和药物等外界因素对细胞的作用。Nicholson最初给代谢组学的定义是：定量测量生物体因基因改变或病理生理刺激引起的相应的代谢变化。故而有人认为“通过蛋白质组学和基因组学你知道可能会发生什么，而通过代谢组学你则会明白确实发生了什么”。2.2代谢组学的研究方法OliverFiehn根据研究对象和目的不同，以四个层次来划分对生物体系代谢物的分析，即：代谢指纹分析（metabolomicsfingerprinting）、代谢轮廊分析（metabolomicsprofiling）、代谢组学（metabonomics）和代谢物靶标分析（metabo

4、litetargetanalysis）。代谢指纹分析是对全部代谢物进行的模糊分析，也就是不测量或分析样品的具体组分，只是对其进行整体性定性分析、分类和快速鉴别。具有快速、高通量、全局分析的特点。代谢轮廓分析是指利用已有的技术尽可能多地分析鉴别出样本中的代谢物，反映机体所处不同状态的代谢轮廓，并探寻某个或某组特异敏感的代谢物，用以描绘和区分生物体系状态的差异。代谢组学则定义为生命体系所有代谢物动态应答的系统性度量。而代谢物靶标分析是有选择的定性或定量测定生物样品中的一个或数个特定代谢物。2.3代谢组学的分析技术目前，核磁共振波谱分析技术（NMR），质谱分析技术（MS），光谱分析技术和色谱分

5、析技术是代谢组学的主要分析技术。然而，代谢组学分析对象的性质差异较大，种类繁多，如果仅靠某一种分析手段，是不可能完成代谢产物的整体性精确分析的，所以经常需要多种分析技术的联用。例如气相色谱—质谱（GC-MS）联用，这种技术具有可检库鉴定已知物、高重复性、高灵敏度等特点再比如，液相色谱一质谱（LC-MS）联用可对代谢物进行定量和定性分析，同时也可避免气相色谱一质谱中样品前处理带来的困难与损失，另外，对于复杂的生物样品基质，即使含量非常低的代谢物类型也可被鉴别出，所以说液相色谱一质谱是最具应用前景的代谢组学分析技术之一。高效液相色谱一四极杆飞行时间质谱（UPLC-Q-TOF-MS）技术因具有

6、高分离度、高灵敏度、高分辨率、快速以及适用范围广等特点，也被广泛应用于代谢组学研究。3代谢组学在药学研究领域中的应用3.1代谢组学在药物毒理学研究领域的应用药物毒性作用机制的研究是药物毒理学的首要任务之一。药物一般会直接或间接地使基因表达发生改变，这种改变在代谢物水平上进一步被放大，所以说药物的毒性作用与代谢物的变化紧密相关。代谢组学是在代谢物的整体水平上，利用高通量检测技术检测机体在药物作用后的各种生理生化指标，再结合传统的病理学终点，更深入地了解药物的毒性作用机制。Slim等利用基于核磁共振波谱分析技术的代谢组学方法研究炎症反应与磷酸二酯酶抑制剂（CI-1081）导致的血管损伤的关系

7、时，发现CI-1081组和加入抗炎药的CI-1081组的谱图没有分开，得出是血管损伤而不是继发的炎症反应造成了CI-1081引起的尿代谢组图谱改变。王勇等在研究三聚氰胺影响儿童尿液代谢时也运用了代谢组学法，结果发现三聚氰胺利用肾结石导致的物理性损伤来干扰机体的柠檬酸代谢。因此，我们可将代谢组学应用于三聚氰胺导致的代谢异常的研究及三聚氰胺导致肾损伤的无创检测。3.2代谢组学在药理学研究中的应用药物可影响人体的代谢并导致代谢物出现差异，