代謝組學(xué)研究進(jìn)展綜述

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1、代謝組學(xué)技術(shù)及其在中醫(yī)研究中的探討姓名：郭欣欣學(xué)號(hào)：22009283導(dǎo)師：劉慧榮代謝組學(xué)(metabonomics)是20世紀(jì)90年代中期發(fā)展起來的一門新興學(xué)科,是關(guān)于生物體系受刺激或擾動(dòng)后(如將某個(gè)特定的基因變異或環(huán)境變化后)其代謝產(chǎn)物(內(nèi)源代謝物質(zhì))種類、數(shù)量及其變化規(guī)律的科學(xué)。它研究的是生物整體、系統(tǒng)或器官的內(nèi)源性代謝物質(zhì)的代謝途徑及其所受內(nèi)在或外在因素的影響。常用的方法是檢測和量化一個(gè)生物整體代謝隨時(shí)間變化的規(guī)律;建立內(nèi)在和外在因素影響下,代謝整體的變化軌跡,反映某種病理(生理)過程中所發(fā)生的一系列生物事件。1代謝組學(xué)研究技術(shù)

2、平臺(tái)代謝組學(xué)研究的技術(shù)平臺(tái)包括以下幾個(gè)部分:前期的樣品制備,中期的代謝產(chǎn)物檢測、分析與鑒定以及后期的數(shù)據(jù)分析與模型建立。前期　代謝組學(xué)研究常用的檢測技術(shù),一般不需要對(duì)標(biāo)本行特別的分離、純化等。但離體條件下,細(xì)胞或組織內(nèi)的代謝狀態(tài)可迅速改變,代謝物的質(zhì)與量亦隨之變化,為正確反映在體的真實(shí)信息,須立即阻斷內(nèi)在酶的活性。最為常用的是冰凍/液氮降溫法及冷凍、干燥的保存技術(shù),盡管如此,細(xì)胞間仍始終有一低水平的代謝活動(dòng),需盡量避免氧化等活化因素。中期　代謝產(chǎn)物的檢測、分析與鑒定是代謝組學(xué)技術(shù)的核心部分,最常用的是NMR及質(zhì)譜(MS)兩種。核磁共振

3、技術(shù)　是利用高磁場中原子核對(duì)射頻輻射的吸收光譜鑒定化合物結(jié)構(gòu)的分析技術(shù),生命科學(xué)領(lǐng)域中常用的是氫譜(1HNMR)、碳譜(13CNMR)及磷譜(31PNMR)三種?？捎糜隗w液或組織提取液和活體分析兩大類。NMR技術(shù)在代謝組學(xué)中的應(yīng)用越來越廣泛,它具有如下優(yōu)點(diǎn):①無損傷性,不破壞樣品的結(jié)構(gòu)和性質(zhì);②可在一定的溫度和緩沖范圍內(nèi)進(jìn)行生理?xiàng)l件或接近生理?xiàng)l件的實(shí)驗(yàn);③與外界特定干預(yù)相結(jié)合,研究動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中機(jī)體化學(xué)交換、運(yùn)動(dòng)等代謝產(chǎn)物的變化規(guī)律;④實(shí)驗(yàn)方法靈活多樣。但儀器價(jià)格及維護(hù)費(fèi)用昂貴限制了該技術(shù)的進(jìn)一步普及。質(zhì)譜技術(shù)　是將離子化的原子、分子或是

4、分子碎片按質(zhì)量或是質(zhì)荷比(m/e)大小順序排列成圖譜,并在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行各種無機(jī)物、有機(jī)物的定性或定量分析。新的離子化技術(shù)則使質(zhì)譜技術(shù)的靈敏度和準(zhǔn)確度均有很大程度的提高。NMR技術(shù)與MS技術(shù)相比,各有其優(yōu)缺點(diǎn),需要在研究中靈活選用?？傮w而言,NMR技術(shù)應(yīng)用的更為廣泛。此外,根據(jù)代謝組學(xué)的研究需要,還常用于其他的一些分析技術(shù),如氣相色譜(GC),高效液相色譜儀(HPLC),高效毛細(xì)管電泳(HPCE)等。它們往往與NMR或MS技術(shù)聯(lián)用,進(jìn)一步增加其靈敏性。但不容忽視的是,隨著分析手段更新,敏感性及分辨率提高,“假陽性”的概率也就越大,可能

5、是儀器技術(shù)方法固有的，亦或是數(shù)據(jù)分析過程中產(chǎn)生的。后期　代謝組學(xué)研究的后期需借助于生物信息學(xué)平臺(tái)。它往往借助于一定的軟件,聯(lián)合多種數(shù)據(jù)分析技術(shù),將多維、分散的數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)、分類及判別分析,發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的定性、定量關(guān)系,解讀數(shù)據(jù)中蘊(yùn)藏的生物學(xué)意義,闡述其與機(jī)體代謝的關(guān)系。如果說分析技術(shù)在我們面前打開了“一扇門”,正確的數(shù)據(jù)分析方法和模型建立便是“找到寶藏”的鑰匙。主成分分析法(PCA)是最常用的分析方法。其將分散于一組變量上的信息集中于幾個(gè)綜合指標(biāo)(PC)上,如糖代謝、脂質(zhì)代謝、氨基酸代謝等,利用主成分描述機(jī)體代謝的變化情況,發(fā)揮了降維分

6、析的作用,避免淹沒于大量數(shù)據(jù)中。其他的模式識(shí)別技術(shù),如聚類分析、辨別式功能分析、最小二乘法投影法等在代謝組學(xué)研究中亦有其重要的地位?，F(xiàn)實(shí)情況下,代謝組學(xué)的數(shù)據(jù)更為復(fù)雜,特別是NMR對(duì)病理生理過程的研究,將代謝物的表達(dá)譜與時(shí)間相聯(lián)系,分析時(shí)更加困難,需要借助復(fù)雜的模型或是專家系統(tǒng)進(jìn)行分析(在應(yīng)用的部分,結(jié)合具體研究簡單加以闡述)。2基于代謝組學(xué)技術(shù)的中醫(yī)證候研究的設(shè)想從現(xiàn)代醫(yī)學(xué)生物學(xué)觀點(diǎn)看,每一個(gè)證候群顯然都具有其特定的生物學(xué)基礎(chǔ),這個(gè)基礎(chǔ)可以包括生理、病理、生化。分子生物學(xué)等方面,也就是說,每個(gè)證候群都有支持它的結(jié)構(gòu)基因組、蛋白組學(xué)或

7、代謝組學(xué)背景,證候群復(fù)雜的多樣性表現(xiàn)很可能就是基因多態(tài)性、多功能基因異常表達(dá)或物質(zhì)代謝通路改變的表型，這種外在表現(xiàn)在臨床上由一組特定的癥狀和體征所組成,并由此構(gòu)成中醫(yī)證候的最基本的臨床特征。中醫(yī)證候的科學(xué)研究,必須緊緊抓住證候的臨床表征和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)生物學(xué)基礎(chǔ)這兩個(gè)基本要素,在這一認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)行證候的科學(xué)研究,是真正推動(dòng)中醫(yī)證候現(xiàn)代化的基本保證?；诖x組學(xué)技術(shù)具有無損傷性,不會(huì)破壞樣品的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；可在接近生理?xiàng)l件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；具有高通量樣品檢測和保證樣品在檢測期內(nèi)維持原有性質(zhì)；可以進(jìn)行實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)的檢測；可滿足對(duì)盡可能多的化合物進(jìn)行檢測；

8、沒有偏向性,對(duì)所有化合物的靈敏度是一樣的特點(diǎn)。代謝組學(xué)技術(shù)是研究中醫(yī)證候的絕好平臺(tái)。中醫(yī)證候生物學(xué)本質(zhì)研究首先以病人為直接研究對(duì)象稱為可能性。盡管動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在醫(yī)學(xué)發(fā)展過程中具有十分重要的作用和地位,是醫(yī)學(xué)研究不可