6代谢组学技术及其在中药研究中的应用

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1、代谢组学技术及其在中药研究中的应用Wuhanuniversity武汉大学周本宏代谢组学概念是生物体或细胞在外源性物质或病理生理刺激和遗传因素改变的条件下，内源性代谢物会发生变化，利用现代分析方法对体液、细胞或组织中的所有低分子量内源性代谢物组（endogenousmetabolites）进行定性、定量分析，定量检测其代谢变化，通过测定整个机体的系统代谢图谱来探讨基因功能调控机制的学科Wuhanuniversity吸收分布代谢排泄内源性代谢物改变药物外源性代谢产物内源性代谢产物是基因表达的终产物，代谢组学所关注的是相对分子质量

2、为1,000以下的小分子物质Wuhanuniversity病理生理的变化历史沿革英国帝国理工大学J.KNicholson教授的研究小组利用核磁共振(NMR)技术分析大鼠的尿液,并于1999年J.KNicholson教授等3名科研人员共同发表了一篇“代谢组学”研究论文，一个新的学科从此诞生，Nicholson教授也由于其在代谢组学发展中的开拓性的贡献，而被誉为“国际代谢组学之父”Wuhanuniversity历史沿革是继基因组学、转录物组学、蛋白质组学之后的一门新型学科，是系统生物学的重要组成部分系统生物学（systembio

3、logy）研究的四个层次：Wuhanuniversity系统生物学基因与蛋白质的表达紧密相连,代谢物则更多地反映了细胞所处的环境。正如BillyDavid所言:“基因组学和蛋白质组学告诉你可能发生什么,而代谢组学则告诉你已经发生了什么”历史沿革Wuhanuniversity历史沿革1999年Nicholson首次提出了以NMR分析为主的代谢组学研究模式并联合国际六大医药公司（Bristol-Meyers-Squibb,Elililly,Hoffmann-laRoche,NovoNordisk,Pfizer,Pharmacia

4、）英国帝国学院（ImperialCollege,London）面对风险的挑战，于2001年组织并公布了一个研究计划COMET（ConsortiumforMetabonomicToxicology）,应用代谢物组学评价药物毒性，进行候选药物的临床前毒性筛选，进而对广泛模型化合物评价和安全性预测，以缩短药物开发的时间，减少损失.3年中对大鼠和小鼠的尿液用NMR分析研究了150个肝肾毒性模型Wuhanuniversity历史沿革自2002年第一届国际植物代谢组学大会在荷兰瓦赫宁根召开以来，植物代谢组学分析技术和方法发展迅速已开始应

5、用于植物科学研究、生物安全性评价等多个领域，在基因功能研究、代谢途径及代谢网络调控机理的解析等方面发挥重要作用我国植物代谢组学的研究于2005年前后开始起步，目前已形成较好的发展趋势Wuhanuniversity代谢组学研究的优势与研究蛋白组或基因组相比，研究代谢组具有许多优势：(1)生物体的小分子代谢产物所构成的代谢组要比转录物组蛋白组简单得多(例如酿酒酵母有6000多个基因，但代谢物仅有600个)，那么分析代谢组就降低了样本的复杂性；(2)对多数小分子内源性代谢产物的作用及其所在代谢通路代谢调控已有相当的认识，而目前对基

6、因功能与调控的认识仍相当有限Wuhanuniversity代谢组学研究的优势(3)代谢组是基因功能活动的终点。代谢控制理论和实验证明在一个生化反应中，虽然酶的浓度和代谢通量不会发生重大变化，但是代谢物的浓度会发生很大变化，因此针对代谢变化重大的代谢物进行分析更加直观，也更加敏感代谢组是基因表达的下游产物，所以它更能正确地反映细胞的功能水平，与蛋白组或基因组相比，代谢组具有终点放大的特征。研究表明代谢通量不仅受基因表达控制，而且还受环境的调节，因此，测量下游产物代谢物较为合适从这一角度分析，代谢组包含的信息量要大于基因组、蛋白

7、组学Wuhanuniversity代谢组学研究的优势(4)代谢组变化揭示的是系列关联生物标记物(biomarker)的综合差异，要比传统依赖单一标志物的诊断方法具有更高的准确性，而且其最小限度的侵入性以及时空动态性，是基因组和蛋白组学研究所无法比拟的。(5)代谢物谱在不同生物样本中基本上都是一样的，再加上其检测技术的多样性，代谢组学的研究具有较好的便利性Wuhanuniversity代谢组学研究的特点代谢组学作为一门新兴学科，概括起来具有以下特点:①对机体损伤小，其检测的体液主要是尿液与血液；②信息量大，代谢组学能够提供整个

8、机体功能统一性信息；③检测更容易，基因和蛋白质表达的有效的微量变化会在代谢物上得到放大；④无需特征化的数据库；⑤检测物种类少，代谢物的种类数远远小于基因和蛋白数目⑥代谢物产物具有通用性；⑦能够反映生理病理状态Wuhanuniversity研究方法代谢组学研究步骤包括：样品采集与制备；样品分