代谢组学在医药领域的应用和前景展望

焦玉红　刘志友　王发善

摘要:代谢组学以其系统性和全局性的研究理念在生物医药的诸多相关领域均展示良好应用前景。文章对代谢组学在生物医药领域的应用实践进行梳理并对其未来发展和实践进行展望,为医药科学工作者更好地认识代谢组学和应用代谢组学提供借鉴。

关键词:代谢组学;生物医药;毒理学;作用机理

中图分类号:R203文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)23-0009-01

代谢组学作为后基因时代一种全新的组学技术,自从1999年确立至今,在生命科学的多个相关领域都已展示出良好的应用前景。本文将对代谢组学的研究概括和应用进展进行简要综述,并对其应用前景进行展望,为生物医药领域学者借鉴应用提供参考。

一、代谢组学概况

(一)研究的对象

代谢组学的主要研究对象是生物体内低分子量终端代谢产物(分子质量小于1000 Da),故研究的主要样本为富含此终端代谢产物的生物样品,如尿液、血液、唾液和器官组织提取物。

(二)分析手段

代谢组学研究过程中一个关键环节就是原始代谢数据的获得,既将生物样品转化为可定性可量化的物理数据过程。这一过程需要现代科学仪器的支撑,当前核心的技术手段主要包括核磁共振技术、质谱联用技术和液质联用技术、气质联用技术和毛细管电泳—质谱联用技术。而上述几种技术互补联用正在成为代谢组学研究主流的分析手段。

(三)数据分析与表征

代谢组学原始数据的挖掘与表征主要采用两种手段:一种是非监督性数据处理模式,主要采用主成分分析技术(Principal Components Aanlysis,PCA);另一种是非监督型数据处理模式,主要采用偏最小二乘判别分析技术(Partial Least Square_Discriminate Analysis,PLS-DA)。

(四)代谢通路分析

代谢组学研究的核心目标就是通过机体内低分子量终端代谢产物的量化表达来追踪机体固有代谢通路的变化,以通过代谢通路的调节表达规律来阐明机体生理病理变化的实质和规律。常用的代谢通路检索数据库主要包括LIPID Metabolites、Pathways Strategy和Kegg database等。

二、代谢组学的实践应用

(一)毒理学研究

利用代谢组学研究环境毒理,研究发现蚯蚓污染土壤引起相应的毒性机制从代谢组学角度给出合理答案。利用代谢组学方法研究雄黄的毒性发生机制,结果发现雄黄长期给予能够诱导肝脏毒性的发生,明显影响机体的能量代谢通路和肠道菌群环境,发现肝组织水提取物中增加的谷胱甘肽可作为雄黄诱导氧化性肝损伤的特异生物标志物。

(二)疾病诊断

利用代谢组学技术研究异戊酸血症,结果表明异戊酸血症进程中正常醋酸循环代谢结果的柠檬酸合成酶和异柠檬酸脱氢酶均被明显抑制。利用代谢组学技术多种中枢神经系统疾病能做出理想诊断,如精神分裂症、抑郁症和躁郁症等。前列腺癌代谢组学研究结果表明肌氨酸是一个前列腺癌癌细胞入侵和癌症恶化过程中的一个关键中间代谢产物,可用于前列腺癌的早期诊断和治疗评价。

(三)中药作用机理研究

王等利用基于高效液相质谱联用技术研究中药茵陈蒿汤的解酒护肝机制,首次从机体代谢网络角度阐明茵陈蒿汤的保肝作用,并标示酒精肝损伤的关键代谢通路和茵陈蒿汤的干预机制。赵登基于液质联用技术的代谢组学方法研究中药欣地软胶囊治疗急性血瘀的作用机制,结果发现与机体多个代谢通路相关的多个代谢产物表征了欣地软胶囊对该病的治疗作用,并很好地对欣地软胶囊抗急性血瘀作用机制进行了阐明。

三、结语

代谢组学作为系统生物学的重要组成部分,以其全局性的研究理念,对机体生理和病理的把握更加全面和具体。其与传统的临床化学等研究方法相比,突破单一因素或局部因素探讨疾病和治疗过程,采用的一种全景式的研究理念,系统化地圈定机体全局性代谢网络,通过这种全局性的量化描述来客观认识机体生理和病理变化的实质。为临床诊断和药物治疗及其干预提供客观指导。经过上述对代谢组学的研究实践进行总结,我们可以窥见代谢组学在生物医药相关的诸多主流领域均取得了很好的实践结果,随着现代科学技术的进步和交叉科学的快速发展,代谢组学以其系统性的研究思维必将获得更好研究实践,为生物医药科学的发展和进步起到助推作用。

参考文献

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