焦玉紅　劉志友　王發(fā)善

摘要:代謝組學(xué)以其系統(tǒng)性和全局性的研究理念在生物醫(yī)藥的諸多相關(guān)領(lǐng)域均展示良好應(yīng)用前景。文章對代謝組學(xué)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行梳理并對其未來發(fā)展和實(shí)踐進(jìn)行展望,為醫(yī)藥科學(xué)工作者更好地認(rèn)識代謝組學(xué)和應(yīng)用代謝組學(xué)提供借鑒。

關(guān)鍵詞:代謝組學(xué);生物醫(yī)藥;毒理學(xué);作用機(jī)理

中圖分類號:R203文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1674-1145(2009)23-0009-01

代謝組學(xué)作為后基因時(shí)代一種全新的組學(xué)技術(shù),自從1999年確立至今,在生命科學(xué)的多個(gè)相關(guān)領(lǐng)域都已展示出良好的應(yīng)用前景。本文將對代謝組學(xué)的研究概括和應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行簡要綜述,并對其應(yīng)用前景進(jìn)行展望,為生物醫(yī)藥領(lǐng)域?qū)W者借鑒應(yīng)用提供參考。

一、代謝組學(xué)概況

(一)研究的對象

代謝組學(xué)的主要研究對象是生物體內(nèi)低分子量終端代謝產(chǎn)物(分子質(zhì)量小于1000 Da),故研究的主要樣本為富含此終端代謝產(chǎn)物的生物樣品,如尿液、血液、唾液和器官組織提取物。

(二)分析手段

代謝組學(xué)研究過程中一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是原始代謝數(shù)據(jù)的獲得,既將生物樣品轉(zhuǎn)化為可定性可量化的物理數(shù)據(jù)過程。這一過程需要現(xiàn)代科學(xué)儀器的支撐,當(dāng)前核心的技術(shù)手段主要包括核磁共振技術(shù)、質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)和液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)、氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)和毛細(xì)管電泳—質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)。而上述幾種技術(shù)互補(bǔ)聯(lián)用正在成為代謝組學(xué)研究主流的分析手段。

(三)數(shù)據(jù)分析與表征

代謝組學(xué)原始數(shù)據(jù)的挖掘與表征主要采用兩種手段:一種是非監(jiān)督性數(shù)據(jù)處理模式,主要采用主成分分析技術(shù)(Principal Components Aanlysis,PCA);另一種是非監(jiān)督型數(shù)據(jù)處理模式,主要采用偏最小二乘判別分析技術(shù)(Partial Least Square_Discriminate Analysis,PLS-DA)。

(四)代謝通路分析

代謝組學(xué)研究的核心目標(biāo)就是通過機(jī)體內(nèi)低分子量終端代謝產(chǎn)物的量化表達(dá)來追蹤機(jī)體固有代謝通路的變化,以通過代謝通路的調(diào)節(jié)表達(dá)規(guī)律來闡明機(jī)體生理病理變化的實(shí)質(zhì)和規(guī)律。常用的代謝通路檢索數(shù)據(jù)庫主要包括LIPID Metabolites、Pathways Strategy和Kegg database等。

二、代謝組學(xué)的實(shí)踐應(yīng)用

(一)毒理學(xué)研究

利用代謝組學(xué)研究環(huán)境毒理,研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓污染土壤引起相應(yīng)的毒性機(jī)制從代謝組學(xué)角度給出合理答案。利用代謝組學(xué)方法研究雄黃的毒性發(fā)生機(jī)制,結(jié)果發(fā)現(xiàn)雄黃長期給予能夠誘導(dǎo)肝臟毒性的發(fā)生,明顯影響機(jī)體的能量代謝通路和腸道菌群環(huán)境,發(fā)現(xiàn)肝組織水提取物中增加的谷胱甘肽可作為雄黃誘導(dǎo)氧化性肝損傷的特異生物標(biāo)志物。

(二)疾病診斷

利用代謝組學(xué)技術(shù)研究異戊酸血癥,結(jié)果表明異戊酸血癥進(jìn)程中正常醋酸循環(huán)代謝結(jié)果的檸檬酸合成酶和異檸檬酸脫氫酶均被明顯抑制。利用代謝組學(xué)技術(shù)多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病能做出理想診斷,如精神分裂癥、抑郁癥和躁郁癥等。前列腺癌代謝組學(xué)研究結(jié)果表明肌氨酸是一個(gè)前列腺癌癌細(xì)胞入侵和癌癥惡化過程中的一個(gè)關(guān)鍵中間代謝產(chǎn)物,可用于前列腺癌的早期診斷和治療評價(jià)。

(三)中藥作用機(jī)理研究

王等利用基于高效液相質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)研究中藥茵陳蒿湯的解酒護(hù)肝機(jī)制,首次從機(jī)體代謝網(wǎng)絡(luò)角度闡明茵陳蒿湯的保肝作用,并標(biāo)示酒精肝損傷的關(guān)鍵代謝通路和茵陳蒿湯的干預(yù)機(jī)制。趙登基于液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)的代謝組學(xué)方法研究中藥欣地軟膠囊治療急性血瘀的作用機(jī)制,結(jié)果發(fā)現(xiàn)與機(jī)體多個(gè)代謝通路相關(guān)的多個(gè)代謝產(chǎn)物表征了欣地軟膠囊對該病的治療作用,并很好地對欣地軟膠囊抗急性血瘀作用機(jī)制進(jìn)行了闡明。

三、結(jié)語

代謝組學(xué)作為系統(tǒng)生物學(xué)的重要組成部分,以其全局性的研究理念,對機(jī)體生理和病理的把握更加全面和具體。其與傳統(tǒng)的臨床化學(xué)等研究方法相比,突破單一因素或局部因素探討疾病和治療過程,采用的一種全景式的研究理念,系統(tǒng)化地圈定機(jī)體全局性代謝網(wǎng)絡(luò),通過這種全局性的量化描述來客觀認(rèn)識機(jī)體生理和病理變化的實(shí)質(zhì)。為臨床診斷和藥物治療及其干預(yù)提供客觀指導(dǎo)。經(jīng)過上述對代謝組學(xué)的研究實(shí)踐進(jìn)行總結(jié),我們可以窺見代謝組學(xué)在生物醫(yī)藥相關(guān)的諸多主流領(lǐng)域均取得了很好的實(shí)踐結(jié)果,隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和交叉科學(xué)的快速發(fā)展,代謝組學(xué)以其系統(tǒng)性的研究思維必將獲得更好研究實(shí)踐,為生物醫(yī)藥科學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步起到助推作用。

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