代謝學研究策略與方法的新進展

1、代謝學研究策略與方法的新進展摘要】代謝組學研究的是生物體系受到內在和外在因素刺激產生的內源性代謝變化，可以對那些能描繪代謝循環(huán)情況的關鍵化合物進展定性和定量分析。近幾年來，代謝組學已經成為生命科學領域一個重要的、有價值的工具，并在不斷創(chuàng)新的分析技術推動下穩(wěn)步開展。雖然代謝組學本身還存在一些缺乏，但許多研究者以解決問題為出發(fā)點，提出了一些新的研究策略、方法和技術。代謝組學開展呈現出整合一體化，定量化和標準化的趨勢。本文對代謝組學的概況，如今的開展情況和將來的趨勢進展綜述?！娟P鍵詞】代謝組學研究策略分析方法綜述1代謝組學的概況作為應用驅動的新興科學,代謝組學已在藥物毒性和機理研究12，13、微生物

2、和植物研究14、疾病診斷和動物模型15，16、基因功能的說明17等領域獲得了較廣泛地應用。近來,代謝組學又在中藥成分的平安性評價18、藥物代謝的分析19、毒性基因組學20、營養(yǎng)基因組21、藥理代謝組學2224、整合藥物代謝和系統(tǒng)毒理學25,26等研究方面獲得了新的打破和進展。完好的代謝組學分析的流程包括樣品的制備、數據的采集和數據的分析及解釋。樣品的制備包括樣品的提娶預處理和化合物的別離。代謝物通常用水或有機溶劑(甲醇、己烷等)提齲分析之前,常先用固相微萃娶固相萃娶親和色譜等方法進展預處理，用氣相色譜、液相色譜、毛細管電泳等方法進展化合物的別離。預處理后,樣品中的代謝產物需要通過適宜的方法進展

3、測定。色譜、質譜、磁共振、紅外光譜、庫侖分析、紫外吸收、熒光散射、放射性檢測、光散射等別離分析手段及其組合都在代謝組學的研究中得到應用。其中,核磁共振nr技術特別是氫譜以其對含氫代謝產物的普適性,色譜以其高別離度、高通量，質譜s以其普適性、高靈敏性和特異性而成為最主要的分析工具。代謝組學研究的后期需借助于生物信息學平臺進展數據的分析和解釋27,解讀數據中蘊藏的生物學意義。最常用的是主成分分析pa法和偏最小二乘pls法。但在研究的幾個步驟中，代謝組學還存在一些缺乏。例如，分析手段存在局限性；全部定量分析難以實現，準確性缺乏；定性過程復雜。針對這些問題，如今的研究者們在研究策略和方法上做著積極的探

4、究和改進。本文就將綜述近年來在代謝組學研究策略和方法上的最新的研究報道，并結合本實驗室的研究進展展望。2研究策略與方法后基因組時代眾多組學的開展向分析化學提出了更高、更嚴峻的挑戰(zhàn)。對代謝組學，一些關鍵點的把握顯得尤為重要。首先，代謝組學的整體分析平臺的提升是將來代謝組學研究的關鍵環(huán)節(jié)，這包括：新的復雜樣品預處理技術；靈敏、專一、原位、動態(tài)、無損、快速的代謝物組檢測、表征與操縱技術；代謝物組成、構造和功能信息獲取的新型技術和完好的數據采集和成像系統(tǒng)；有效、快速處理代謝組海量復雜數據的新化學信息學方法以及這些技術和方法學的原始性創(chuàng)新、學科間穿插和多維技術聯(lián)用根本理論研究等。再者，制定代謝組學標準(

5、包括方法、信息和數據庫)，以及實現代謝組與基因組、轉錄組和蛋白質組等數據的整合，是將來代謝組學研究的一個關鍵問題。針對這些關鍵點，代謝組學的研究策略和方法得到了新的開展。2.1整合一體化由于現有的分析技術都有各自的優(yōu)缺點28,單獨使用一種或少數幾種已經很難滿足代謝組學研究的要求。所以整合的策略已經成為一個重要的趨勢，這個整合不僅包括各種技術、方法，還包括不同來源的生物樣品血液、尿液、糞便等。可以將目前的整合策略歸納為以下幾個方面。定量化從代謝組學的各個層次的定義不難看出，定量是人們追求的一個較高的目的。lee等53在研究壬基苯酚毒性作用時，就比照了有目的定量研究針對雌激素、雄激素、腎上腺皮質激

6、素和無目的代謝指紋譜分析的結果，他們發(fā)現無目的、無準確定量的代謝組學研究結果只提醒毒性作用與作用量有關系。而有了準確定量后，毒性作用還表現出了與作用時間的相關性。代謝組學一直朝著全面定量努力。ang等54在代謝組學研究中就非常注重量的概念，在神經管畸形的研究中，他們根據先驗知識鎖定了一碳代謝循環(huán)通路，定量了11種物質，同時，也對同一樣品進展代謝指紋譜分析，將定量結果參加到指紋譜結果中進展問題的說明。在糖尿病腎病研究中，整合了磷脂類、脂肪酸類、氨基酸類、核苷類和激素類五大代謝循環(huán)輪廓譜，定量了百余種物質，將這些再與指紋譜結合，將使代謝組學的研究更全面，更可信，有可能更明晰地去研究疾病的機理，到達

7、疾病預警，指導并評價治療的目的。標準化新的分析方法展望目前，國內外許多研究者都在進展代謝組學研究，代謝組學應用的范圍和領域也在不斷擴大。但這些研究仍然存在了許多問題亟待解決。1在代謝全譜分析中缺乏量的概念。在這個問題上，我們通過這幾年對代謝組學進展的研究，也提出了自己的一些策略和思想，首先是將代謝指紋譜與定量進展了結合，稱之為定量代謝指紋譜技術。這個結合包含了兩個層次，一個是數據采集技術上的結合；一個是數據分析技術上的結合。這樣的結合能實現指紋譜與定量優(yōu)勢互補，將更明晰、更全面、更準確地反映研究對象的代謝情況。2雖然代謝組學強調無歧視分析，但對于任何一個體系，都按代謝組學常規(guī)步驟按部就班地進展

8、分析，往往最終都沒有得到有用的結果。針對這個問題，我們認為要重視先驗知識的重要性，理解哪些代謝循環(huán)、代謝物質最可能與研究體系相關，利用這樣的先驗知識指導代謝組學別離分析條件的優(yōu)化、潛在生物標志物的鑒定，將大大進步代謝組學研究的效率，并能很好地防止研究重心偏離的情況。3生物標志物的尋找單一而片面。特別是對于疾病的研究，以前不太重視代謝、蛋白、基因數據與臨床數據的結合，各個方面的研究者就在自己的研究數據中進展挖掘，以此來尋找標志物，探尋機理。但理論證明，這樣得出的結果都會有片面性，缺乏說服力。在這個問題上，應該強調代謝組學數據與其它數據的結合，特別是臨床相關數據，以此來發(fā)現包含了不同數據內容的復合

9、生物標志物，這也是今后代謝組學開展的一個重要方面，同時，這也為生物代謝或臨床表型多樣性研究88提供更可靠的方法和工具。盡管存在許多的問題，但也看到了在研究策略上整合一體化、標準化、定量化的趨勢，并且看到了在問題導向下的新技術的不斷涌現，這都將推動代謝組學不斷持續(xù)開展。相信隨著關注度的進步、人力和物力的不斷投入及應用范圍的不斷擴大，代謝組學必將得到更為穩(wěn)健的開展?！緟⒖嘉墨I】1nihlsnjk,lindnj,hlese.xenbitia,1999,29(11):118111895hlese,anttih.analyst,2002,127(12):154915576fiehn.phytheistr

10、y,2022,62(6):8758869nielsenj,livers.trendsbitehnl.,2022,23(11):54454612lindnj,keunh,ebbelstd,pearejt,hlese,nihlsnjk.pharagenis,2022,6(7):69169916gersztenre,angtj.nature,2021,451:94995222laytnta,lindnj,lare,anttih,haruel,hantng,prvstjp,lenetjl,bakerd,alleyrj,everettjr,nihlsnjk.nature,2022,440(7087):1

11、073107746xirasagars,gustafsns,errikba,terkb,stasieizs,handd,ystkj,yatesjr,suners,xianq,atersd.biinfratis,2022,20(13):2022202158alzeiri,atsndg,rbertsn,sillsgj,parkinsnja.talanta,2021,74:1060106570bllarde,stanleyeg,lindnj,nihlsnjk,hlese.nrbied.,2022,18(3):14316275dunnb,baileynj,jhnsnhe.analyst,2022,130(5):60662577eij,buriakj,siuzdakg.nature,1999,399(6733):24324678takatsz,iseanj,glganb,ksrg.siene,2022,306(5695):47147379ksrg,uyangz,takatsz,iseanj.siene,2022,311(5767):1566157083saude