代谢组学综述

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1、代谢组学综述摘要：代谢组学是20世纪90年代中期发展起来的对某一生物或细胞所有低和对分子质景代谢产物进行定性和定景分析的一门新学科，由于其广泛的应用前景，目前已成为系统生物学的重耍组成部分。现简耍介绍了代谢组学的含义、代谢组学研究的历史沿革、当前代谢组学研究中的分析技术、数据解析方法，综述了代谢组学介:药物毒理学研究、疾病诊断、植物和屮药等领域的应用情况，并对当前代谢组学研究屮存在的问题及发展趋势进行探讨。关键词：代谢组学研究技术随着人类基因组计划等重大科学项口的实施，基因组学、转录组学及蛋白质组学在研究人类生命科学的过程中发挥了重要的作用，与此同时，代谢组学(metabolomics)在

2、20世纪90年代屮期产生并迅速地发展起来，与基因组学、转录组学、蛋白质组学共同组成系统生物学。基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等各种组学0在生命科学领域中发挥了重要的作用，它们分别从调控生命过程的不同层面进行研究，使人们能够从分子水平研究生命现象，探讨生命的本质，逐步系统地认识生命发展的规律。这些组学手段加上生物信息学，成为系统生物学的重耍组成部分。代谢组学的出现和发展是必要的，同时也是必须的。对于基因组学和蛋白质组学在生命科学研究中的缺点和不足，代谢组学正好吋以进行弥补。代谢组学研究的是生命个体对外源性物质(药物或毒物)的刺激、环境变化或遗传修饰所做出的所有代谢应答，并且检测这种

3、应答的全貌及其动态变化。代谢组学方法为生命科学的发展提供了有力的现代化实验技术手段，同时也为新药临床前安全性评价与实践提供了新的技术支持与保障。1代谢组学的概念及发展代谢组学最初是由英网帝网理工大学JeremyNicholson教授提出的，他认为代谢组学是将人体作为一个完整的系统，机体的生理病理过程作为一个动态的系统来研究，并且将代谢组学定义为生物体对病理生理或基因修饰等刺激产生的代谢物质动态I、V:答的定量测定。2000年，德R马普所的Fiehn等提出了代谢组学的概念，但是与Nicholson提出的代谢组学不同，他是将代谢组学定位为一个静态的过程，也可以称为/代谢物组学，即对限定条件下的

4、特定生物样品屮所有代谢产物的定性定量分析。同时Fiehn还将代谢组学按照研究FI的的不同分为4类:代谢物靶标分析，代谢轮廓(谱)分析，代谢组学，代谢指纹分析。现在代谢组学在国内外的研究都在迅速地发展，科学家们对代谢组学这一概念也进行Y完善，作出了科学的定义：代谢组学是对一个生物系统的细胞在给定时问和条件下所有小分子代谢物质的定性定量分析，从血定量描述生物源性代谢物质的整体及其对内因和外因变化皮答规律的科学。与基因组学、转录组学、蛋白质组学相同，代谢组学的主要研究思想是全局观点。与传统的代谢研究相比，代谢组学融合;T物理学、生物学及分析化学等多学科知识，利用现代化的先进的仪器联用分析技术对机

5、体在特定的条件下整个代谢产物谱的变化进行检测，并通过特殊的多元统计分析方法研究整体的生物学功能状况。由于代谢组学的研究对象是人体或动物体的所有代谢产物，而这些代谢产物的产生都是由机体的PJ源性物质发生反应生成的，因此，代谢产物的变化也就揭示Y内源性物质或是基冈水平的变化，这使研究对象从微观的基因变为宏观的代谢物，宏观代谢表型的研究使得科学研究的对象范围缩小而且更加直观，易于理解，这点也是代谢组学研究的优势之一。代谢组学的优势主要包括：对机体损伤小，所得到的信息量大，相对于基因组学和蛋白质组学检测更加容易。由于代谢组学发展的时间较短，并且由于代谢组学的分析对象是无偏向性的样品屮所有的小分子物

6、质，冈此对分析手段的要求比较高，在数据处理和模式识别上也不成熟，存在一些不足之处。同时生物体代谢物组变化快，稳定性较难控制，当机体的生理和药理效应超敏时，受试物即使没宥相关毒性，也可能引起明显的代谢变化，导致假阳性结采。代谢组学应用领域大致可以分为以下7个方面：(1)禎物功能基因组研究，主要以拟南芥为研究模型，也乜拈一些转基因作物的研究。(2)疾病诊断，根据代谢物特扯图谱诊断肿瘤、糖鉍病等疾病。(3)制药业即新药临床前安全性评价，主要通过高通量比对预测药物的毐性和有效性，通过全面分析来发现新的生物指示剂。(4)微生物领域。(1)毒理学研究，包括利用代谢组学平台研究环境毒理及药物毒理。(2)

7、食品及营养学，即研究食品中进入体内的营养成分及其与体A代谢物的相互作用。(7)在中药现代化及其机理上的研究。2代谢组学的研究方法代谢组学的研究过程一般包括代谢组数据的采集、数据预处理、多变量数裾分析、标记物识别和途径分析等步骤。首先，采集生物样品(如尿液、血液、组织、细胞和培养液等)，对其进行生物反应灭活、预处理。再运用先进的分析手段如核磁井振、质谱或色谱等检测样品中所有代谢物的种类、含量、状态，从而得到原始的大量的反映