代謝組學(xué)研究進(jìn)展

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1、代謝物組學(xué)（metabonomics）—詞是英國倫敦人學(xué)帝同學(xué)院的Nicholson教授于1999年首次提出，指的是通過分析生物的體液、組織中的內(nèi)源性代謝產(chǎn)物話（metabonome,代謝物組或代謝物圖譜）的變化來研究整體的牛?物學(xué)狀況和基因功能調(diào)節(jié)的現(xiàn)代牛?物醫(yī)學(xué)分支學(xué)科。與傳統(tǒng)的代謝研究相比，代謝物組學(xué)通過現(xiàn)代化學(xué)的儀器分析技術(shù)檢測機(jī)體整個(gè)代謝產(chǎn)物譜的變化，并通過多元統(tǒng)計(jì)分析方法研究整體的生物學(xué)功能狀況。代謝物組學(xué)與細(xì)胞代謝物組學(xué)（metabolomics）的區(qū)別是細(xì)胞代謝物組學(xué)研究單個(gè)細(xì)胞或一個(gè)相對獨(dú)立系統(tǒng)小的小分子成分因外界環(huán)境改變而發(fā)生的代謝變化，主婆應(yīng)用丁植物生理和細(xì)胞學(xué)

2、研究。其實(shí)早在20世紀(jì)60年代，代謝物組學(xué)的核心技術(shù)一一核磁共振技術(shù)（NMR）,就已經(jīng)被應(yīng)用到代謝研究屮。但直到20惟紀(jì)90年代，隨著模式識別分析技術(shù)的發(fā)展，代謝譜的定量分析才得以實(shí)現(xiàn)，并應(yīng)用于藥物和基因功能的研究。利用代謝物纟fl學(xué)研究藥物對整體的作用主要依賴于多參數(shù)檢測外源物質(zhì)攻擊所導(dǎo)致的機(jī)體新陳代謝改變。這種方法也適合研究基因突變和轉(zhuǎn)基因所產(chǎn)生的代謝改變以及疾病診斷和療效評價(jià)。在約物發(fā)現(xiàn)階段，它可以進(jìn)行體內(nèi)毒性研究、先導(dǎo)藥物的篩選和冃標(biāo)化合物的優(yōu)化及體內(nèi)動物模型的笏效篩選。在藥物開發(fā)階段，它可以在臨床前安全性評價(jià)方面進(jìn)行牛物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)和毒性機(jī)制的研究,從而可有效地利川動物模型

3、研究人類疾病的治療，發(fā)現(xiàn)與臨床安全性和有效性有關(guān)的牛:物標(biāo)志物。1研究的對象一一生物體液許多生物體液都可以進(jìn)行代謝物組學(xué)研究，包括唾液、血液、血漿、尿液、乳液、腦脊液、組織萃取液等。不同體液的器官分布及功能各不相同，因此包含的代謝產(chǎn)物成分也存在較人差異。每種體液都具有特異性的NMR指紋譜，其屮可溶性物質(zhì)的濃度和分了間的相互作用決定了峰譜的密度和分布。如血漿、腦脊液和尿液的代謝譜能夠反映某些藥物或某種發(fā)生在單一器官或多個(gè)器官的疾病所產(chǎn)生的代謝變化。NMR譜很適于體液的生化分析，因?yàn)槠潇`敏度高（檢測限達(dá)ng級），檢測速度快，樣品無需預(yù)處理，并口兒乎所有代謝物都貝-有特有的1H-NMR譜。

4、利用特定的軟件可以很容易地把所有可溶性體液中所存在的最大的障礙信號（水峰譜）除去而不影響結(jié)果分析。藥?物毒性篩選和臨床診斷小對體液的要求首先是量足、易得，且對機(jī)體不會產(chǎn)生損傷,這樣尿液和血漿都適合代謝物組學(xué)研究。利用血漿進(jìn)行代謝物組學(xué)研究的樣品和?，F(xiàn)生化分析以及藥動學(xué)研究是一致的，而尿液在代謝物組學(xué)的研究中冇其自身的優(yōu)點(diǎn)。首先，如果不處死動物，通過靜脈血管采集血液將對動物產(chǎn)住損傷和一定程度的應(yīng)激，影響結(jié)果。更為關(guān)注的是血液采集的時(shí)間和頻率的限制，大大影響了血漿大規(guī)模的使用；而尿液就不存在以上問題，通過代謝籠可以定時(shí)、隨時(shí)收集尿液，并不會對動物產(chǎn)生任何影響。尿液一維1H-NMR譜圖（6

5、00MHz或更大）由成千上萬條線組成，其中包含了數(shù)千種代謝物。尿液的1H-NMR譜主要山低分子物質(zhì)組成，因?yàn)镹MR主要測定的是和對分子質(zhì)量低于20x104的小分子物質(zhì)。而血漿小含有大量的高分子物質(zhì)，像蛋白質(zhì)和脂蛋白將會產(chǎn)牛較寬的信號峰，小分子物質(zhì)的信號也有可能整合到大分子的信號峰上。這樣血漿樣品必須經(jīng)過除蛋口處理，或通過自旋回波（Spin—echo）處理以降低由于蛋白質(zhì)或其他人分了產(chǎn)生的寬信號峰對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，而這樣的處理也會對分析結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。因此，代謝物組學(xué)研究中最常用的體液為尿液。在收集時(shí)應(yīng)該使尿液保持低溫，并要添加-?定量的防腐劑（一?般選用疊氮鈉，因?yàn)樵贜MR分析中

6、疊氮鈉不會產(chǎn)生有彫響的信號）。2研究的核心一一核磁共振技術(shù)早在20世紀(jì)60年代，NMR就已經(jīng)應(yīng)用到代謝研究中，但當(dāng)吋質(zhì)子工作頻率低（小于300MHz）,能分析的內(nèi)源性代謝產(chǎn)物較少；隨著質(zhì)子工作頻率和測量靈敏度的提高（大于400MHz）以及模式識別技術(shù)的發(fā)展，NMR技術(shù)對分析測定更多的小分子物質(zhì)，并發(fā)展成為代謝物組學(xué)研究的核心技術(shù)。對于疾病、毒性反應(yīng)、基因突變等病理過程引起的復(fù)雜的代謝成分改變，NMR無疑是一?種非常好的技術(shù)手段。首先，NMR是物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)研究中的重要剖析工具，H,F等原子的原子核如同小磁體，當(dāng)置于外界磁場中時(shí)，即按磁場方向取向。NMR譜就是以測定改變這種取向所需要的射

7、頻能為基礎(chǔ)。其中最常用的是1H-NMR,它能反映有機(jī)分了結(jié)構(gòu)屮處于不同位置的H原了的信息。在外加磁場的作用下，分了屮多個(gè)H原子所處的電子環(huán)境也完全不同，其共振頻率也不相同，因此，其原子就會有不同的化學(xué)位移。相反，在不同的分子中，處于相同電子環(huán)境的質(zhì)子(也稱等性質(zhì)子)都有大致相同的化學(xué)位移。通過辨析各種質(zhì)子的吸收峰并根據(jù)各自的化學(xué)位移，就可初步推斷英分子結(jié)構(gòu)。英次，魔角自旋核磁共振技術(shù)[magicanglespinning(MAS—NMR)]nj'丿IJ丁?