代童童 李耀坤 劉德武 柳廣斌 孫寶麗

(華南農(nóng)業(yè)大學動物科學學院，草食動物研究室，廣州510642)

代謝組學在反芻動物營養(yǎng)研究中的應用進展

代童童 李耀坤 劉德武 柳廣斌 孫寶麗*

(華南農(nóng)業(yè)大學動物科學學院，草食動物研究室，廣州510642)

代謝組學是研究生物系統(tǒng)中所有代謝物的一門新興學科。它能夠檢測生命系統(tǒng)中某一特定生物層次的所有代謝物的變化，并能夠利用其特有的分析技術(shù)平臺和數(shù)據(jù)分析平臺對所得代謝物進行系統(tǒng)性度量。近年來，因其測試技術(shù)的廣泛適用性，代謝組學逐漸被應用于反芻動物的營養(yǎng)學研究中。本文從瘤胃代謝組學、肝臟代謝組學、乳腺代謝組學和血液代謝組學等4個方面對代謝組學在反芻動物營養(yǎng)研究中的應用進展進行了綜述。

代謝組學；反芻動物;營養(yǎng)；瘤胃；肝臟；乳腺；血液

代謝組學是系統(tǒng)生物學的一個分支，它以族群指標分析為根本，以數(shù)據(jù)建模和系統(tǒng)整合為標的，通過檢測內(nèi)源性代謝物整體變化的軌跡來反映病理、生理過程[1]。它僅僅通過運用自身特有的高通量檢測和數(shù)據(jù)分析手段，就能夠?qū)ι锘蚣毎麅?nèi)分子質(zhì)量為1 000 u以下的代謝產(chǎn)物同時進行定性和定量分析，篩選出不同代謝狀況下的特征代謝物，從而熟悉和把握機體的整體代謝狀態(tài)[2-4]。目前，組學的分析技術(shù)平臺主要包括核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(gas chromatography-mass spectrum，GC-MS)、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS)、傅里葉變換紅外光譜(fourier transform infrared spectoscopy，F(xiàn)T-IR)等[5]。然而，只是簡單的運用分析技術(shù)對代謝物進行檢測還是不夠的，代謝產(chǎn)物的各類圖譜中隱藏有大量的數(shù)據(jù)信息，我們還需要采用一系列的數(shù)學和生物統(tǒng)計方法來將其中的有用信息提取并優(yōu)化，目前常用的數(shù)據(jù)分析平臺主要有主成分分析(principal component analysis，PCA)、偏最小二乘法判別分析(partial least squares discriminant analysis，PLS-DA)和正交偏最小二乘法判別分析(orthogonal partial least squares discriminant analysis，OPLS-DA)[6]。代謝組學這種整體性研究方法已經(jīng)被廣泛應用于反芻動物營養(yǎng)學的研究中，本文綜述了近年來代謝組學在反芻動物血液以及瘤胃、肝臟、乳腺等組織部位的應用研究現(xiàn)況，進而對代謝組學在整個反芻動物營養(yǎng)學的研究現(xiàn)狀進行闡述。

1 代謝組學分析平臺

隨著系統(tǒng)生物學的發(fā)展，整個生物系統(tǒng)(包括細胞、組織、器官及整個生物機體)的探索已經(jīng)成為當今研究的重點，而代謝組學的崛起和應用對當今的研究來說可謂是一大福利[7]。目前，完整的代謝組學的分析流程包括：樣品制備、數(shù)據(jù)采集和處理、代謝路徑的推測及生物解析等。其中分析技術(shù)平臺和數(shù)據(jù)分析平臺是此技術(shù)成敗的關(guān)鍵。

1.1分析技術(shù)平臺

代謝組學的檢測手段中應用最多的主要有NMR、LC-MS、GC-MS、FT-IR 4種。每種方法都有各自的優(yōu)缺點，但單一的檢測手段很難檢測出所有的物質(zhì)，因此為了盡可能分析出各生物系統(tǒng)中不同層次所有的代謝物，我們在實際操作過程中應根據(jù)樣品的特性以及研究目的選擇合適的分析平臺并加以綜合利用[8]。

1.1.1 NMR

NMR是一種基于自旋性質(zhì)的原子核在核外磁場作用下吸收射頻輻射而產(chǎn)生能躍遷的譜學技術(shù)，它能在接近生理的條件下進行試驗，在測定化合物結(jié)構(gòu)時表現(xiàn)出對樣品的無損、無偏向、靈敏度高以及測定迅速等特點[9]。目前常用的NMR包括：氫譜NMR(1H-NMR)、碳譜NMR(13C-NMR)和磷譜NMR(31P-NMR)，其中1H-NMR的應用最為廣泛，它是一種多參數(shù)的動態(tài)分析方法，能夠一次性對內(nèi)源代謝物進行整體分析，1H-NMR對樣品的預處理簡單且樣品需求量少。但是，1H-NMR的分辨率和靈敏度相對比較低，常常導致測定某些復雜的有機混合物時所得到的圖譜信息出現(xiàn)大面積重疊的現(xiàn)象，往往會對試驗結(jié)果造成負面影響。

1.1.2 GC-MS

GC-MS具有分辨率高、靈敏度高、無需對不具揮發(fā)性的代謝物進行衍生化處理等特點；另外，色譜的分離功能以及質(zhì)譜的鑒別功能使得GC-MS能夠?qū)Υx物進行快速度量，即使含量很低的代謝物也能被檢測到[8]。GC-MS技術(shù)不但打破了氣相色譜(gas chromatography，GC)檢測物質(zhì)時分子質(zhì)量范圍的局限性，擴大了其檢測范圍，并且能夠快速、靈敏地識別代謝物并對多種代謝物進行選擇性分析。且GC-MS具有較完備的數(shù)據(jù)庫供檢索，能夠同時測定包括有機酸、氨基酸、糖、脂肪酸、芳香胺等在內(nèi)的幾百種化學性質(zhì)不一樣的化合物。但比較遺憾的是GC-MS技術(shù)對物質(zhì)的熱穩(wěn)定性和揮發(fā)性有一定要求，無法分析具有熱不穩(wěn)定性和不能氣化的代謝底物或者產(chǎn)物。

1.1.3 LC-MS

LC-MS是一種比較成熟的定性分析技術(shù)，它將液相色譜出眾的分離能力和質(zhì)譜的靈敏度高、檢測快速且精準的特點結(jié)合起來，成為天然產(chǎn)物領(lǐng)域中最強有力的化學篩選手段之一[7]。LC-MS可用于分析、分離和鑒定樣品中微量的代謝物，尤其是極性高、相對分子質(zhì)量大和熱穩(wěn)定性差的化合物[10]。與GC-MS相比，LC-MS的靈敏度更高、動態(tài)范圍更寬且對樣品的處理方式更簡單，檢測成本也較低；與NMR相比，LC-MS更適用于鑒別熱不穩(wěn)定、不易揮發(fā)、不易衍生化和相對分子質(zhì)量較大的物質(zhì)。但是，LC-MS并沒有相對應的數(shù)據(jù)庫供檢索，在分析數(shù)據(jù)時會帶來一定的技術(shù)難度，并且液相分離效率不高，檢測成本也高，樣品的檢測還需更進一步的分離和驗證。

1.1.4 FT-IR

FT-IR因具有不需要制備樣品、耗費時間短、無損害性、操作簡單等優(yōu)點而被廣泛用于高通量檢測和對生物體系的整體分析中，它是一種代謝物指紋分析手段[11]。但是，F(xiàn)T-IR也存在一些不足，它的水吸收峰很強，必須通過脫水或數(shù)據(jù)處理才能消掉。

1.2數(shù)據(jù)分析平臺

1.2.1 PCA

PCA是一種非監(jiān)督性的模型分析方法，它不外加任何人為因素，能夠反映不同組之間最真實的差異和數(shù)據(jù)的原始狀態(tài)，并且能夠輔助我們了解和把握數(shù)據(jù)的整體狀態(tài)，還能夠發(fā)現(xiàn)并去除不合格產(chǎn)品，提高模型的準確性[12]。

1.2.2 PLS-DA

PLS-DA是一種有監(jiān)督性的模型分析方法，它以一組已經(jīng)知道類別的樣本作為訓練集，繪制樣本的載荷圖和得分圖[13]。在建立PLS-DA模型時，需要先確定訓練集的主成分，因為不同主成分所對應的PLS-DA是不盡相同的。PLS-DA與PCA有比較相似的地方，它們都是盡力提取出能反映數(shù)據(jù)變異的最大信息。

1.2.3 OPLS-DA

OPLS-DA是一種有監(jiān)督性的模型分析方法，它能夠提供一種多對多線性回歸建模的方法，特別是當2組變量的個數(shù)很多且都存在多重相關(guān)性，但觀測數(shù)據(jù)的樣本數(shù)又較少時，OPLS-DA建模非常適用。

代謝組學的數(shù)據(jù)分析過程包括：數(shù)據(jù)的提取、數(shù)據(jù)預處理、對數(shù)據(jù)進行多維統(tǒng)計分析并找出其中的主要差異代謝物的變量等步驟。其中，數(shù)據(jù)的多維統(tǒng)計分析主要靠PCA、PLS-DA和OPLS-DA協(xié)同完成。我們只有通過分析統(tǒng)計方法的綜合利用來對代謝圖譜進行深層次的信息挖掘，才能全面地了解和認識試驗結(jié)論并獲得樣本珍貴的生物學意義[14]。恰好是這一優(yōu)點，彌補了傳統(tǒng)研究方法無法深入動物組織或者器官內(nèi)部挖掘深層信息的缺陷，打破了傳統(tǒng)研究只能停留在表層的局限性，并且開啟了代謝組學在反芻動物研究領(lǐng)域的新篇章。

2 代謝組學在反芻動物營養(yǎng)領(lǐng)域的應用

2.1瘤胃代謝組學

反芻動物最明顯的生理特點就是進行復胃消化，復胃包括瘤胃、網(wǎng)胃、瓣胃和皺胃。前3個胃屬于真胃，它們主要進行的是微生物消化，其中最重要的是瘤胃微生物體系。在瘤胃微生物的作用下，飼料中50%的粗纖維和70%～85%的可消化干物質(zhì)(DM)在瘤胃中經(jīng)微生物發(fā)酵降解成揮發(fā)性脂肪酸、肽類、氨基酸、氨、二氧化碳(CO2)等成分，同時這些碳源、氮源又被微生物利用合成蛋白質(zhì)、維生素等，進一步作為反芻動物的營養(yǎng)物質(zhì)被機體所吸收利用[15]。與此同時，瘤胃存在自己的平衡機制：唾液的分泌與反芻、瘤胃周期性收縮、內(nèi)源營養(yǎng)物質(zhì)進入瘤胃、噯氣以及有效的緩沖體系等。瘤胃的平衡機制一旦被破壞就會威脅動物的健康，因此，在實際生產(chǎn)中關(guān)注反芻動物瘤胃的代謝活動很重要。但是在實際操作中，我們無法用人工模擬出真實可靠的瘤胃環(huán)境，也無法體外培養(yǎng)瘤胃微生物，故傳統(tǒng)的研究手段沒辦法深入了解瘤胃的代謝機制，只有代謝組學這種高通量的分析手段才能將這種研究變成可能[2]。

目前，代謝組學主要應用于研究高精料飼糧對瘤胃液、瘤胃微生物以及瘤胃上皮組織的代謝機制的影響。研究表明，高谷物飼糧會導致反芻動物瘤胃代謝紊亂、代謝產(chǎn)物異常、營養(yǎng)代謝病多發(fā)等不良后果，且高精料飼糧多會導致亞急性瘤胃酸中毒的發(fā)生，所以，用代謝組學的方法來評價飼糧營養(yǎng)水平設(shè)置是否合理是一種比較理想的生產(chǎn)方式[16-17]。Ametaj等[18]用4個大麥顆粒添加水平(0、15%、30%、45%)的飼糧飼喂46只荷斯坦奶牛，試驗結(jié)束時結(jié)合NMR和LC-MS 2種方法對這些奶牛的瘤胃液進行檢測，共找出了46種特征性瘤胃代謝物，并且發(fā)現(xiàn)添加水平為0和15%的谷物飼糧組所得到的檢測數(shù)據(jù)差異不顯著，但是45%添加水平與30%添加水平相比，動物瘤胃中的有害代謝產(chǎn)物(主要為甲胺和內(nèi)毒素)含量隨著谷物添加水平的增加而顯著升高，且甲胺的存在會影響機體內(nèi)氨基脲酶的活性；此外，本試驗首次發(fā)現(xiàn)了谷物攝入量與瘤胃有害產(chǎn)物之間具有一定程度的相關(guān)性?；粑逆糩16]用不同玉米添加水平(0、25%、50%)的高谷物飼糧來飼喂山羊，并運用GC-MS代謝組學分析手段和基于焦磷酸測序(pyrosequencing)的高通量測序?qū)ι窖虻牧鑫肝⑸锖痛x產(chǎn)物進行檢測，同時結(jié)合PCA和PLS-DA對這些代謝物進行分析，共找出包括內(nèi)毒素和生物胺在內(nèi)的78種特征性代謝物，發(fā)現(xiàn)高谷物飼糧能夠顯著影響瘤胃發(fā)酵以及降低瘤胃微生物多樣性，初步揭示了飼糧-微生物-代謝產(chǎn)物三者之間的聯(lián)系，同時也為他人進一步研究瘤胃微生物學機制提供了試驗依據(jù)和理論基礎(chǔ)。Bertram等[19]選擇了4個添加水平的代乳粉(代乳粉添加水平分別為3.10、4.84、6.60和8.10 kg/d；代乳粉中干物質(zhì)含量為123 g/kg)分別飼喂試驗1的荷斯坦公犢牛(n1=8，平均分為4組，每組2頭)和2種犢牛精料補充料(低淀粉精料：319 g/kg；高纖維精料：68 g/kg)分別飼喂試驗2的荷斯坦公犢牛(n2=7，隨機分為2組，對照組4頭，試驗組3頭)，試驗結(jié)束后分別采取這些試驗牛的瘤胃上皮組織并用1H-NMR檢測這些樣品的上皮組織提取液，同時結(jié)合PCA發(fā)現(xiàn)，試驗1中的犢牛隨著代乳粉攝入量的增加，瘤胃中的乙酸、丙酸、膽堿、不飽和脂肪酸以及亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸和谷氨酰胺的含量均顯著下降；試驗2中的犢牛瘤胃中的乙酸含量顯著下降，但是丙酸的含量顯著增加；同時，試驗還發(fā)現(xiàn)隨著代乳粉攝入量的減少，精料補充料攝入量的增加，瘤胃上皮組織的活動也會隨之更加活躍，更重要的是該試驗首次運用代謝組學找出了代乳粉和精料補充料對犢牛瘤胃上皮組織的活性及其代謝產(chǎn)物發(fā)揮作用的代謝機制。以上研究證明，在飼喂反芻動物時，精料添加水平應嚴格控制在50%以下，如果精料添加水平較高，動物在瘤胃中對飼料進行消化吸收時會產(chǎn)生較多的有害代謝產(chǎn)物(主要為甲胺、內(nèi)毒素和丙酸)，這些物質(zhì)會在一定程度上影響體內(nèi)某些脲酶的活性，使機體的代謝活動受到阻礙。

代謝組學方法在研究反芻動物瘤胃活動方面已經(jīng)有明顯的優(yōu)勢，它打破了常規(guī)方法的局限性，深入到瘤胃研究的分子水平，為反芻動物的瘤胃研究帶來了新的機遇。代謝組學將瘤胃的代謝信息轉(zhuǎn)化成一定規(guī)則的圖形和數(shù)據(jù)輸出，使得我們有跡可循。同時，我們還發(fā)現(xiàn)高精料飼糧對動物機體會有一定程度的損害，所以在實際生產(chǎn)過程中應避免過量使用精料，減少不必要的損失。

2.2肝臟代謝組學

肝臟是機體物質(zhì)代謝的樞紐器官，具有解毒、消化、吸收、物質(zhì)代謝、能量代謝、免疫等多項功能，是糖、脂肪、氨基酸、維生素和激素代謝的主要場所，主要維持機體代謝和內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)衡[20]。在整個物質(zhì)代謝過程中，肝臟主要參與調(diào)節(jié)外周血液營養(yǎng)物質(zhì)的組成和代謝。反芻動物食入飼糧后，飼糧會在瘤胃中發(fā)酵，產(chǎn)生的營養(yǎng)物質(zhì)在消化道吸收后被運送并匯入肝門靜脈，接著輸入到肝臟中，進行必要的物質(zhì)代謝和能量代謝，后進入循環(huán)系統(tǒng)，參與新物質(zhì)的形成[21]。

目前，肝臟代謝的研究主要集中在找出調(diào)控肝臟物質(zhì)代謝的關(guān)鍵位點、瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生的有害物質(zhì)對肝臟營養(yǎng)代謝的作用機制以及挖掘肝臟的物質(zhì)代謝通路上。傳統(tǒng)意義上，我們往往采用多血管瘺的方法來了解肝臟的代謝機制。但是多血管瘺安裝復雜，手術(shù)難度大，不但無法完全保持血管瘺的暢通，而且無法避免血管瘺對組織和器官的刺激。如果肝臟發(fā)生代謝紊亂及機能損傷，用多血管瘺技術(shù)所得到的血液樣品作為評價標準，檢測結(jié)果不夠全面，對于肝臟的生理狀態(tài)和代謝過程的研究工作幫助并不大。而代謝組學能夠?qū)⒔M織樣中所有的代謝物檢測出來，并將它們在機體內(nèi)的流動過程以代謝通路的形式描述出來，避免了結(jié)果的片面性，為疾病的診斷和代謝通路的挖掘提供了有力支持[22]。Wang等[23]用20、40 μg/kg BW的內(nèi)毒素溶液對月齡、體重相近的2組關(guān)中奶山羊分別進行腹腔注射，基礎(chǔ)飼糧配方相同，試驗結(jié)束時，采集它們的肝臟組織并用1H-NMR進行代謝物檢測，結(jié)合PLS-DA共找出9種組間差異代謝物，發(fā)現(xiàn)內(nèi)毒素主要通過影響肝臟的糖、脂肪和氨基酸代謝來影響肝臟的代謝狀態(tài)。

代謝組學在反芻動物肝臟方面的應用研究是近幾年剛興起的，目前并沒有得到大面積的普及和使用。我們查閱了大量資料發(fā)現(xiàn)，代謝組學在動物方面的研究主要集中在小型動物，尤其是以小鼠居多。像反芻動物這種體型比較大的動物，相關(guān)試驗卻很少。一方面是參考資料比較少，另一方面是用反芻動物作為試驗材料成本較高，因此相關(guān)研究工作的開啟很受限制。同時這也是一個契機，已經(jīng)有人把代謝組學應用在反芻動物的肝臟代謝研究工作中，也得到了比較顯著的結(jié)果，說明此方向是很有研究價值的，為動物營養(yǎng)研究提供了一個新的研究方向和思路。

2.3乳腺代謝組學

乳腺是奶牛泌乳代謝的重要器官，主要進行乳成分的合成和分泌，并在乳腺腺泡中合成乳蛋白、乳脂和乳糖[24]。氨基酸和葡萄糖是乳腺代謝的兩大營養(yǎng)物質(zhì)，其中葡萄糖是合成乳糖的前體物質(zhì)，乳糖不僅能夠維持牛乳的滲透壓，而且它的合成量和合成效率都會影響乳品質(zhì)[25]；氨基酸主要參與反芻動物乳蛋白的合成，飼糧中的氨基酸水平以及氨基酸平衡對泌乳奶牛的乳蛋白合成和產(chǎn)奶量的影響很大[26-27]。所以，研究乳腺的物質(zhì)代謝以及代謝機制至關(guān)重要，我們通過代謝通路能夠了解飼糧中葡萄糖和氨基酸的含量如何影響乳品質(zhì)，為進一步提高乳脂和乳蛋白含量進而提高產(chǎn)奶量提供了一個考量標準。王小艷[21]分別采取泌乳3個月的高乳品質(zhì)組奶牛、低乳品質(zhì)組奶牛以及干奶期1個月的奶牛的乳腺組織(n=9)，并用1H-NMR檢測這些組織樣，結(jié)合PLS-DA和OPLS-DA分析結(jié)果顯示，高乳品質(zhì)組奶牛與低乳品質(zhì)組奶牛相比，肌酸、乳酸、蛋氨酸、賴氨酸、亮氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸的含量都顯著升高，揭示氨基酸水平的升高可以在一定程度上提高奶牛的乳蛋白含量，在實際生產(chǎn)過程中可有意給動物補充某些氨基酸以提高乳蛋白含量，進而提高產(chǎn)奶量。Sun等[28]利用基于GC-MS的代謝組學方法對飼喂2種不同粗飼料(苜蓿干草和玉米秸稈)的泌乳奶牛(n=16，平均分為2組，每組8頭)的4個樣本(體液、牛乳、血清、血漿)進行代謝組學檢測，在試驗進行80 d后，采集它們的這4個樣本進行高通量檢測和多元統(tǒng)計分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)本試驗主要涉及到的代謝通路有甘氨酸代謝、絲氨酸代謝、蘇氨酸代謝、酪氨酸代謝和苯丙氨酸代謝，同時發(fā)現(xiàn)這些代謝通路可以直接作為評價奶牛的產(chǎn)奶性能和乳蛋白含量的一個重要參數(shù)。

乳腺代謝組學是一項主要以乳汁和乳腺組織為研究材料的研究，目的是尋找與產(chǎn)奶性能和乳蛋白質(zhì)量相關(guān)的重要指標，進而尋找出動物體內(nèi)能夠影響動物產(chǎn)奶性能的關(guān)鍵因素，同時還可評價飼糧的飼用價值，以及尋找能夠在奶牛產(chǎn)奶期提高產(chǎn)奶量的飼養(yǎng)標準物，供奶牛養(yǎng)殖業(yè)參考。另外，奶牛養(yǎng)殖在我國南方還屬于起步階段，在夏季南方的熱應激現(xiàn)象特別嚴重，嚴重影響奶牛的產(chǎn)奶量。為了減少熱應激帶來的不良影響，養(yǎng)殖場也會在奶牛的飼糧上做一些改變，一方面努力增加飼糧的適口性，另一方面還得保證奶牛的產(chǎn)奶性能不被抑制，代謝組學方法在此時是很適用的，可以作為評價飼糧的輔助工具。

2.4血液代謝組學

血液代謝組學包括血清代謝組學和血漿代謝組學2個部分?？傮w來講，血液代謝組學在反芻動物方面的研究主要集中在疾病診斷上，例如奶牛的酮病、產(chǎn)后乏情、熱應激、乳熱、卵巢靜止、急性腐蹄病、產(chǎn)后能量負平衡、脂肪肝等。李影等[29]用1H-NMR的代謝組學方法檢測患有Ⅰ型和Ⅱ型酮病奶牛的血漿，發(fā)現(xiàn)奶牛體內(nèi)的糖代謝(三羧酸循環(huán)受阻)、脂代謝(能量負平衡的發(fā)生)、以及氨基酸代謝(生糖氨基酸進入其他代謝途徑)的異常導致了酮病的發(fā)生。王剛等[30]用基于1H-NMR的代謝組學方法檢測患有產(chǎn)后乏情的奶牛的血漿，并找出了產(chǎn)后乏情患病的關(guān)鍵因素，主要是奶牛的能量、氨基酸、脂肪和膽堿的物質(zhì)代謝途徑受到抑制，使得奶牛體內(nèi)生殖激素的分泌紊亂，導致了產(chǎn)后乏情的發(fā)生。田賀[31]用LC-MS和1H-NMR的代謝組學方法檢測了發(fā)生熱應激的奶牛的血漿，發(fā)現(xiàn)奶牛之所以會出現(xiàn)熱應激反應主要是因為它們體內(nèi)的碳水化合物、氨基酸和脂肪代謝發(fā)生紊亂，導致機體內(nèi)出現(xiàn)能量負平衡。鄭家三等[32]運用1H-NMR的代謝組學方法檢測患有急性腐蹄病奶牛的血清，發(fā)現(xiàn)急性腐蹄病主要是因為糖(糖異生)、碳水化合物(甘油和琥珀酸)以及脂肪代謝(脂肪動員)途徑受阻引起的。

血液遍布全身各大組織和器官周圍，參與機體大部分的新陳代謝過程，是維持生命活動的“輸油管道”。機體內(nèi)的物質(zhì)或者信息介質(zhì)的含量發(fā)生微小的波動都能在血液中得到很好的響應。譬如當機體發(fā)生疾病時，體內(nèi)的某些生理活動就會受到抑制或者促進，而參與此活動的物質(zhì)與機體不發(fā)病時的狀態(tài)是不同的，或者被轉(zhuǎn)化成不利于機體的有害物質(zhì)，或是含量變化到機體無法維持正常生命活動。那么我們把這些物質(zhì)挖掘出來，循著這些信息深層剖析，就能發(fā)現(xiàn)該疾病是由什么引起的，在體內(nèi)有何癥狀，對于尋找治療方案和預防措施極有幫助。血液由血清和血漿組成，兩者間最大的區(qū)別是血漿里含有纖維蛋白原，血清中沒有，但是都能夠反映機體的動態(tài)代謝狀態(tài)，都可以作為代謝組學的分析材料。

3 小 結(jié)

由于生物機體的復雜性，常規(guī)的檢測技術(shù)在探究機體內(nèi)潛在的分子機制時往往受到很大的限制，深層信息也很難被很清晰地挖掘出來。一方面，代謝組學能巧妙地把生物系統(tǒng)所蘊含的生命信息放大，讓其中的代謝通路清晰可見，大大減少科研工作者探索和剖析的工作量；另一方面，代謝組學從小分子代謝物質(zhì)的角度來把握和闡述機體對各種內(nèi)外因素所做出的動態(tài)應答，對于探究某些營養(yǎng)物質(zhì)或活性物質(zhì)對機體的作用機制幫助很大。代謝組學方法不僅能夠?qū)C體的特定部位在某一特定時間內(nèi)的所有參與刺激因素的動態(tài)應答的小分子代謝物呈現(xiàn)在同一張圖譜上，還能描述出其中的代謝物以及潛在生物標記物的組成及含量。目前，代謝組學在反芻動物營養(yǎng)學領(lǐng)域的應用主要涉及肝臟代謝組學、瘤胃代謝組學、乳腺代謝組學和血液代謝組學，旨在找出其中的營養(yǎng)物質(zhì)代謝通路和某種飼料原料(或添加劑)在動物體內(nèi)的代謝機制。譬如評價飼糧的配方是否合理，只有切實到動物機體內(nèi)的整個反應過程和體內(nèi)代謝物質(zhì)的變化，我們才能夠?qū)υ擄暭Z做出客觀的評價，傳統(tǒng)的研究方法大多采取屠宰的方式來獲得樣本，但是反芻動物這種體型較大的動物，屠宰的成本和損失很大。而代謝組學只需要采集一些該動物的血液、組織液、尿液等簡單樣品，或者是隨機挑出幾只進行活體屠宰來獲取組織樣，與傳統(tǒng)方式相比更簡捷。并且代謝組學所得到的數(shù)據(jù)比較全面系統(tǒng)，對于我們的試驗具有很高的參考價值。但是，代謝組學還存在一些缺陷，目前它的數(shù)據(jù)庫還不是特別完備，因此我們在使用代謝組學技術(shù)時，要根據(jù)自己的能力和經(jīng)驗來克服數(shù)據(jù)方面的問題。

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*Corresponding author, associate professor, E-mail: SUNBAOLI221@126.com

(責任編輯 菅景穎)

Advance in the Application of Metabonomics to Nutrition Research of Ruminants

DAI Tongtong LI Yaokun LIU Dewu LIU Guangbin SUN Baoli*

(Herbivores Research Laboratory, College of Animal Science, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)

Metabonomics is a new discipline which is applied to study all metabolites of biological systems. It can not only detect the changes of all metabolites of a particular biological system, but also systematically measure the metabolites by the means of its unique analytical platforms and data analysis platforms. Owing to its widely applicability, metabonomics has been employed to nutrition study of ruminants in recent years. In this paper, we reviewed the application of metabonomics in ruminant nutrition, including the metabonomics of the rumen, the liver, the breast and the blood.[ChineseJournalofAnimalNutrition,2017,29(9)：3044-3050]

metabonomics; ruminant; nutrition; rumen; liver; breast; blood

10.3969/j.issn.1006-267x.2017.09.004

2017-02-13

廣東省科技廳公益研究與能力建設(shè)項目(2014A020208104，2016A020210083)

代童童(1991—)，女，河南商丘人，碩士研究生，從事草食動物營養(yǎng)調(diào)控技術(shù)研究。E-mail： 1172726792@qq.com

*通信作者：孫寶麗，副教授，碩士生導師，E-mail： SUNBAOLI221@126.com

S811.3

：A

：1006-267X(2017)09-3044-07