肿瘤代谢组学的研究进展

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1、浅谈肿瘤代谢组学的研究进展张好为(天津市北辰区中医医院检验科)［摘要］:口1999年代谢组学的概念提出以来，它在药物毒理研究、疾病诊断、系统生物学研究等诸多领域里的应用日益深入。代谢组学(Mctabonomics)是对某一生物或细胞所有低分子量代谢产物进行定性和定量分析的一门新学科，与基因组学、转录组学、蛋白质组学等一起构成系统生物学的技术平台…近年来,代谢组学在肿瘤方面的应用也日益成为国内研究的热点，主要集中在肿瘤的诊断和抗肿瘤药物的代谢上。本文就代谢组学的概念、研究方法及其在肿瘤中的应用等方面的研究进展综述如下。［关键

2、词］代谢组学；代谢组学分析技术；肿瘤；代谢产物；肿瘤标志物一、代谢组学的概念代谢组学［1］(Metabonomics)是后基因时代出现的一门新的“一omics”组学学科。它的研究屮心在于定量地测定由病理生理刺激或基因变异诱导的与时间相关的多参数生物体代谢应答，并利用模式识别(PatternRecognition)将这种应答与体内生物学事件关联，定位事件发生的靶器官和位点，确定生物标记物［2］.目前,代谢组学的概念已得到公认，它是一门在新陈代谢的动态进程中,系统研究代谢产物变化规律、揭示集体生命活动代谢本质的科学，也是研究药

3、物毒性和基因功能的技术平台及联合基因型和性状表型的有力工具。细胞内的生命活动大多发生于代谢层面,故代谢组学被认为是“组学”研究的最终方向。可以认为，基因组、蛋口质组和代谢组是不同层面和水平上研究生命过程的科学技术平台，而代谢组学则是基因组学和蛋白质组学的延伸。正如BillyDavid所言：“基因组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”［3］o根据研究的对象和目的的不同,Fiehn等［4］将代谢组学分为4个层次，即1）代谢物靶标分析（metabolitetargetanalysis）:对某个或某几

4、个特定组分的分析。在这个层次中，需要采取一定的预处理技术，除掉干扰物，以提高检测的灵敏度。2）代谢轮廓（谱）分析（mctabolicprofi1inganaly2sis）:对少数所预设的一些代谢产物的定量分析。如某一类结构、性质相关的化合物（如氨基酸、顺二醇类）、某一代谢途径的所有中间产物或多条代谢途径的标志性组分。进行代谢轮廓（谱）分析时，可以充分利用这一类化合物的特有的化学性质，在样品的预处理和检测过程屮，采用特定的技术来完成。3）代谢组学（metabonomics）:对限定条件下的特定生物样品中所有代谢组分的定性和定

5、量。进行代谢组学研究时，样品的预处理和检测技术必须满足对所有的代谢组分具有高灵敏度、高选择性、高通量的耍求，而且基体干扰耍小。代谢组学涉及的数据量非常大，因此需耍有能对其数据进行解析的化学计量学技术。4）代谢指纹分析（metabolicfingerprintinganaly2sis）:不分离鉴定具体单一组分，而是对样品进行快速分类（如表型的快速鉴定）o严格地说，只有第3层次才是真正意义上的代谢组学研究。冃前，代谢组学的最终冃标述是不可完成的任务，因为还没有发展出一种真正的代谢组学技术可以涵盖所有的代谢物而不管分子大小和性质

6、。但是，它和代谢轮廓（谱）分析有着显著的差别，在具体的实验中，代谢组学研究会设法解析所有的可见峰，因此代谢组学研究的特征也可以表述为它会设法分析尽可能多的代谢组分。在代谢组学的研究中，经常出现的另一个单词metabolomics是用来专指细胞层次上的代谢组学研究⑶。与转录组学和蛋白组学比较，代谢组学有以下优点⑷：1）基因和蛋白表达的微小变化会在代谢物上得到放大,从而使检测更容易;2）代谢组学的研究不需建立全基因组测序及大量表达序列标签（EST）的数据库;3）代谢物的种类要远小于基因和蛋白的数目（每个组织中人约为103数量级

7、，即使在最小的细菌基因组中也有几千个基因）；4）研究中采用的技术更通用，这是因为给定的代谢物在每个组织屮都是一样的缘故。2代谢组学的分析技术代谢组学分析技术以磁共振和色谱、质谱串联技术为主，获得的代谢谱数据借助化学计量学工具和模式识别软件进行分析。已报道的肿瘤特异性代谢产物涵盖各类生物大分子的物质代谢，代谢组学从机体的动态代谢途径寻找肿瘤等疾病特异性代谢产物，识别人体疾病代谢状态的差异，从而进行疾病分类和诊断。代谢产物是基因表达的终产物，分析生物代谢图谱型特征更能够揭示基因和表现型之间的关系，以达到监测和推断基因功能的目的

8、，为进一步深入分析肿瘤生物机制提供可能。完整的代谢组学流程包括样品的采集、制备;代谢产物的检测、鉴定;数据分析、建模;建立代谢产物吋空变化与生物体特性的关系。其研究平台主要由分析技术平台和数据分析平台构成［4］。其主要研究方法有：（1）分析技术平台:最常用的方法是磁共振（NMR）和质谱。磁共振技术是代谢