代谢组学技术与中医证候的研究

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1、代谢组学技术与中医证候的研究【关键词】代谢组学；中医证候；基因组学；蛋白质组学10代谢组学(metabonomics)是继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后新近发展起来的一门学科,是系统生物学的重要组成部分。代谢组学主要研究生物对外源性物质所引起的病理生理反应,以及对遗传变异的应答和内源性代谢物的动态变化,它通过对生物体液和组织中随时间改变的代谢物进行检测、确定、定量和分类,将这些代谢信息与病理生理过程中生物学事件关联起来,以监测活细胞中化学变化。基因组学和蛋白质组学分别从基因和蛋白质层面探寻生命的活动,而实际上细胞内许多生命活动

2、是与代谢物相关的,是受代谢物调控的。基因与蛋白质的表达紧密相连,而代谢物则更多地反映了细胞所处的环境,这又与细胞的营养状态、药物以及其它外界因素的影响密切相关。因此,有学者认为,基因组学和蛋白质组学能够说明可能发生的事件,而代谢组学则反映确实已经发生了的事情[1]。　代谢组学强调把人体作为一个完整的系统来研究,通过测定人体各种体液内代谢物的组成变化来认识和反映人体代谢网络在疾病和药物作用下的变化规律。这对于揭示复杂性疾病的机理和药物的代谢模式具有独特的优势,与中医学的整体观、系统观和辨证论治思维非常吻合,也与中医重视从人与自然、人

3、与社会和人体内在的普遍联系和动态变化去分析、认识把握疾病发生、发展、变化的客观规律的认识一致。因此,专家认为,人类基因组计划第一次使西方医学摆脱了还原论的束缚,在继续强调分析的同时,更加重视分析和综合的统一。人类基因组计划和随后发展的各种“组学”技术把生物学研究带入了系统科学的时代。组学的出现不是对个别基因或个别蛋白、代谢物的研究,而是对一个细胞或对整个生命体的基因以及它所编码的蛋白质和代谢产物的研究。物理学、化学、计算机科学、信息科学、工程科学现在都已极大地融合到生命科学的研究之中,重视生命科学的复杂性和整体性研究已成为21世纪

4、生命科学的发展趋势；甚至有专家认为,中西医药学在各自的发展中逐步整合,形成创新医药学体系的历史机遇正悄然来临。1代谢组学技术代谢组学主要研究的是作为各种代谢路径的底物和产物的小分子代谢物(MW<1000)。其样品主要是尿液、血浆或血清、唾液以及细胞和组织的提取液。完整的代谢组学流程包括样品的采集、预处理、数据的采集和数据的分析及解释。主要技术手段是核磁共振(NMR)、液-质联用(LC-MS)、气-质联用(GC-MS)、色谱(HPLC、GC)等。通过检测一系列样品的谱图,再结合化学模式识别方法,可以判断出生物体的病理生理状态、

5、基因的功能、药物的毒性和药效等,并有可能找出与之相关的生物标志物(biomarker)。　　1.1核磁共振技术10　　在代谢组学的研究中最常见的分析工具是NMR，主要是氢谱(1HNMR)、碳谱(13CNMR)及磷谱(31PNMR)三种,特别是1HNMR。NMR是一种基于具有自旋性质的原子核在核外磁场作用下,吸收射频辐射而产生能级跃迁的谱学技术。该技术于20世纪70年代初开始应用于生物医学的研究并得到迅速发展。利用高分辨率NMR技术对完整器官或组织细胞内许多微量代谢组分进行检测,可得到相应的生物体代谢物信息,研究这些组分的NMR图谱

6、,综合分析这些信息所反映的生物学意义,可以了解生物体代谢的规律,得出科学的结论。NMR方法具有无损伤性,不会破坏样品的结构和性质,可在接近生理条件下进行实验,可在一定的温度和缓冲液范围内选择实验条件；可以进行实时和动态的检测；可设计多种编辑手段,实验方法灵活多样,满足了代谢组学对尽可能多的化合物进行检测的目标。NMR还有一个重要的特点,就是没有偏向性,对所有化合物的灵敏度是一样的。1HNMR谱峰与样品中各化合物的氢原子是一一对应的,所测样品中的每一个氢原子在图谱中都有其相关的谱峰,图谱中信号的相对强弱反映样品中各组分的相对含量。因

7、此,NMR方法很适合研究代谢产物中的复杂成分。从一维高分辨1HNMR图可得到代谢物成分图谱,即代谢指纹图谱。对这种特质性进行区分、鉴定,被称为“代谢指纹分析(metabolicfingerprintanalysis)”,帮助找出机体代谢的共性与个性。对某一代谢物或组合随时间变化的情况鉴定描述称之为“代谢轮廓分析(metabolicprofilinganalysis)”10,观察特定干预的动态系统中,找出机体代谢变化的规律。随着NMR技术的发展,以前用于固体的魔角旋转(MAS)技术被移植到液体领域,使得人们可以研究以前难以用液体NM

8、R研究的样品,如器官组织样品。利用MAS技术,人们可以得到完整的组织样品高分辨谱图,扩展了代谢组学研究的样品范围,同时可以更全面地对一个系统进行深入的研究[2]。　　在得到1HNMR谱图之后,通常以δ0.04为单位,将谱图划分成若干区域,并对所有区