代謝組學(xué)技術(shù)及其在中藥研究中的應(yīng)用

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1、代謝組學(xué)技術(shù)及其在中藥研究中的應(yīng)用Wuhanuniversity武漢大學(xué)周本宏代謝組學(xué)概念是生物體或細(xì)胞在外源性物質(zhì)或病理生理刺激和遺傳因素改變的條件下，內(nèi)源性代謝物會(huì)發(fā)生變化，利用現(xiàn)代分析方法對體液、細(xì)胞或組織中的所有低分子量內(nèi)源性代謝物組（endogenousmetabolites）進(jìn)行定性、定量分析，定量檢測其代謝變化，通過測定整個(gè)機(jī)體的系統(tǒng)代謝圖譜來探討基因功能調(diào)控機(jī)制的學(xué)科Wuhanuniversity吸收分布代謝排泄內(nèi)源性代謝物改變藥物外源性代謝產(chǎn)物內(nèi)源性代謝產(chǎn)物是基因表達(dá)的終產(chǎn)物，代謝組學(xué)所關(guān)注的是相對分子質(zhì)量

2、為1,000以下的小分子物質(zhì)Wuhanuniversity病理生理的變化歷史沿革英國帝國理工大學(xué)J.KNicholson教授的研究小組利用核磁共振(NMR)技術(shù)分析大鼠的尿液,并于1999年J.KNicholson教授等3名科研人員共同發(fā)表了一篇“代謝組學(xué)”研究論文，一個(gè)新的學(xué)科從此誕生，Nicholson教授也由于其在代謝組學(xué)發(fā)展中的開拓性的貢獻(xiàn)，而被譽(yù)為“國際代謝組學(xué)之父”Wuhanuniversity歷史沿革是繼基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄物組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)之后的一門新型學(xué)科，是系統(tǒng)生物學(xué)的重要組成部分系統(tǒng)生物學(xué)（systembio

3、logy）研究的四個(gè)層次：Wuhanuniversity系統(tǒng)生物學(xué)基因與蛋白質(zhì)的表達(dá)緊密相連,代謝物則更多地反映了細(xì)胞所處的環(huán)境。正如BillyDavid所言:“基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)告訴你可能發(fā)生什么,而代謝組學(xué)則告訴你已經(jīng)發(fā)生了什么”歷史沿革Wuhanuniversity歷史沿革1999年Nicholson首次提出了以NMR分析為主的代謝組學(xué)研究模式并聯(lián)合國際六大醫(yī)藥公司（Bristol-Meyers-Squibb,Elililly,Hoffmann-laRoche,NovoNordisk,Pfizer,Pharmacia

4、）英國帝國學(xué)院（ImperialCollege,London）面對風(fēng)險(xiǎn)的挑戰(zhàn)，于2001年組織并公布了一個(gè)研究計(jì)劃COMET（ConsortiumforMetabonomicToxicology）,應(yīng)用代謝物組學(xué)評價(jià)藥物毒性，進(jìn)行候選藥物的臨床前毒性篩選，進(jìn)而對廣泛模型化合物評價(jià)和安全性預(yù)測，以縮短藥物開發(fā)的時(shí)間，減少損失.3年中對大鼠和小鼠的尿液用NMR分析研究了150個(gè)肝腎毒性模型Wuhanuniversity歷史沿革自2002年第一屆國際植物代謝組學(xué)大會(huì)在荷蘭瓦赫寧根召開以來，植物代謝組學(xué)分析技術(shù)和方法發(fā)展迅速已開始應(yīng)

5、用于植物科學(xué)研究、生物安全性評價(jià)等多個(gè)領(lǐng)域，在基因功能研究、代謝途徑及代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機(jī)理的解析等方面發(fā)揮重要作用我國植物代謝組學(xué)的研究于2005年前后開始起步，目前已形成較好的發(fā)展趨勢Wuhanuniversity代謝組學(xué)研究的優(yōu)勢與研究蛋白組或基因組相比，研究代謝組具有許多優(yōu)勢：(1)生物體的小分子代謝產(chǎn)物所構(gòu)成的代謝組要比轉(zhuǎn)錄物組蛋白組簡單得多(例如釀酒酵母有6000多個(gè)基因，但代謝物僅有600個(gè))，那么分析代謝組就降低了樣本的復(fù)雜性；(2)對多數(shù)小分子內(nèi)源性代謝產(chǎn)物的作用及其所在代謝通路代謝調(diào)控已有相當(dāng)?shù)恼J(rèn)識，而目前對基

6、因功能與調(diào)控的認(rèn)識仍相當(dāng)有限Wuhanuniversity代謝組學(xué)研究的優(yōu)勢(3)代謝組是基因功能活動(dòng)的終點(diǎn)。代謝控制理論和實(shí)驗(yàn)證明在一個(gè)生化反應(yīng)中，雖然酶的濃度和代謝通量不會(huì)發(fā)生重大變化，但是代謝物的濃度會(huì)發(fā)生很大變化，因此針對代謝變化重大的代謝物進(jìn)行分析更加直觀，也更加敏感代謝組是基因表達(dá)的下游產(chǎn)物，所以它更能正確地反映細(xì)胞的功能水平，與蛋白組或基因組相比，代謝組具有終點(diǎn)放大的特征。研究表明代謝通量不僅受基因表達(dá)控制，而且還受環(huán)境的調(diào)節(jié)，因此，測量下游產(chǎn)物代謝物較為合適從這一角度分析，代謝組包含的信息量要大于基因組、蛋白

7、組學(xué)Wuhanuniversity代謝組學(xué)研究的優(yōu)勢(4)代謝組變化揭示的是系列關(guān)聯(lián)生物標(biāo)記物(biomarker)的綜合差異，要比傳統(tǒng)依賴單一標(biāo)志物的診斷方法具有更高的準(zhǔn)確性，而且其最小限度的侵入性以及時(shí)空動(dòng)態(tài)性，是基因組和蛋白組學(xué)研究所無法比擬的。(5)代謝物譜在不同生物樣本中基本上都是一樣的，再加上其檢測技術(shù)的多樣性，代謝組學(xué)的研究具有較好的便利性Wuhanuniversity代謝組學(xué)研究的特點(diǎn)代謝組學(xué)作為一門新興學(xué)科，概括起來具有以下特點(diǎn):①對機(jī)體損傷小，其檢測的體液主要是尿液與血液；②信息量大，代謝組學(xué)能夠提供整個(gè)

8、機(jī)體功能統(tǒng)一性信息；③檢測更容易，基因和蛋白質(zhì)表達(dá)的有效的微量變化會(huì)在代謝物上得到放大；④無需特征化的數(shù)據(jù)庫；⑤檢測物種類少，代謝物的種類數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于基因和蛋白數(shù)目⑥代謝物產(chǎn)物具有通用性；⑦能夠反映生理病理狀態(tài)Wuhanuniversity研究方法代謝組學(xué)研究步驟包括：樣品采集與制備；樣品分