代谢组学技术及其在中西医结合研究中的应用展望

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1、代谢组学技术及其在中西医结合研究中的应用展望吴斌,严诗楷,沈自尹,张卫东【关键词】代谢组学;中西医结合;医学;综述　　代谢组学是继基因组学和蛋白质组学之后发展起来的一种研究生物系统的组学方法。它是英国Nicholson教授及其同事于1999年正式提出的〔1〕。代谢组指的是“一个细胞、组织或器官中，所有代谢组分的集合，尤其指小分子物质”，而代谢组学则是一门“在新陈代谢的动态过程中，系统研究代谢产物的变化规律，揭示机体生命活动代谢本质”的科学〔2〕，它所关注的是相对分子质量为1000以下的小分子。近年来代谢组研究已引起众多研究者的注意，代谢组学与基因组学和蛋白质组学不同，基因组学和蛋白质组学

2、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；还有研究者认为代谢组学是“组学”研究的终端〔3〕。为更好地将代谢组技术应用于中西医结合研究中，本文根据近年来国外的相关资料，对代谢组学的实验技术、分析技术及其在现代医学中的应用现状进行了综述，同时对代谢组学在中西医结合研究中的发展趋势进行了展望。　　1代谢组学的实验技术　　1.1代谢组学研究的常用技术代谢组学研究常用核磁共振（nuclearmagicresonance,NMR）和质谱联用技术，比如气相色谱质谱联用仪（gaschromatographymassspectrometer,GCMS）和液相色谱质谱联用仪（liquid

3、chromatographymassspectrometer,LCMS）等〔4〕。核磁共振光谱分析法是目前代谢组学研究应用最广泛的方法，NMR的优势在于对样品无破坏性，样品处理简单，无需分离过程；缺点是灵敏度低，很难同时测定生物体系中共存的浓度相差较大的代谢产物，所需硬件的投资也较大。目前常用的是1DNMR，比如Brindle等〔5〕应用NMR研究高血压患者血清的代谢谱特征；Lehnhardt等〔6〕应用NMR研究原发性和继发性脑肿瘤的代谢谱差异等。1DNMR光谱的信息量大，但不可避免地存在峰图的重叠，影响了随后的分析，而2DNMR大大地改善了1DNMR峰图的质量〔7〕，一些

4、研究者开始应用2DNMR开展代谢组研究，如Choi等〔8〕为了研究被烟草花叶病毒感染烟草的代谢谱变化，应用2DNMR方法，结果发现5绿原酸等代谢物明显增多。气相色谱质谱联用是当前最为活跃的联用技术，一般供试物经GC分离为单一组分，按其不同保留时间，与载气同时流出色谱柱，再经接口，进入质谱仪，然后可通过EI或其他方法产生一定的MS图谱。GCMS有很好的分离效率，可由计算机对MS图谱进行化合物数据库的自动检索核对，有利于迅速鉴识样品。缺点是需要对样品进行衍生化预处理，这一步骤额外费时，甚至引起样品的变化；衍生化预处理限制了GCMS的应用范围，无法分析热不稳定性的物质和分子量较大的

5、代谢产物。如A等〔9〕针对GCMS的代谢组研究，应用多元统计方法对人血浆的提取和衍生化预处理方法进行了研究。液相色谱质谱联用主要是高效液相色谱质谱（highperformanceliquidchromatographymassspectrometry,HPLCMS)联用，HPLCMS进样前不需进行衍生化处理，适合那些不稳定、不易衍生化、不易挥发和分子量较大的化合物。缺点是分离效率不高，分析的时间相对较长；没有化合物数据库可供检索和比对，样品的鉴别还需进一步的分析〔10〕。如Yang等〔11〕使用LCMS方法结合主成分分析（principleponentanalysis,PCA

6、）方法，比较肝炎、肝硬化与肝癌病人的尿液代谢谱的差异，结果发现一组尿代谢物与肝癌的相关性优于传统单一的甲胎蛋白。无论NMR、色谱和质谱都有各自的优缺点，为了充分发挥各种技术的优势，有研究者将三种技术联合应用于代谢组的研究。如Lenz等〔12〕应用1HNMR和HPLCTOFMSMS技术相结合研究庆大霉素的肾毒性尿液的内源性的代谢物变化，结果发现葡萄糖增加，三甲胺N氧化物（trimethylaminenoxide,TMAO）降低等变化特点。　　1.2代谢组学研究的新技术微量样本是研究中经常面对的难题，而毛细管电泳质谱（capillaryelectrophoresismasss

7、pectrometry,CEMS）所需样品量少，已广泛地应用于代谢组的研究中，如Sato等〔13〕选择了CEMS进行了水稻叶的代谢物检测，成功地检测了88种代谢物，这些代谢物涉及到醣酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径、光呼吸作用和氨基酸的生物合成等。近年来为了监测活体动物特定组织区域内代谢物的动态变化，研究者将微透析（microdialysis）技术引入了代谢组的研究，如Price等〔14〕应用微透析结合NMR比较了SD大鼠各组织在