代謝組學在醫(yī)藥領域的應用和前景展望

焦玉紅　劉志友　王發(fā)善

摘要:代謝組學以其系統(tǒng)性和全局性的研究理念在生物醫(yī)藥的諸多相關領域均展示良好應用前景。文章對代謝組學在生物醫(yī)藥領域的應用實踐進行梳理并對其未來發(fā)展和實踐進行展望,為醫(yī)藥科學工作者更好地認識代謝組學和應用代謝組學提供借鑒。

關鍵詞:代謝組學;生物醫(yī)藥;毒理學;作用機理

中圖分類號:R203文獻標識碼:A

文章編號:1674-1145(2009)23-0009-01

代謝組學作為后基因時代一種全新的組學技術,自從1999年確立至今,在生命科學的多個相關領域都已展示出良好的應用前景。本文將對代謝組學的研究概括和應用進展進行簡要綜述,并對其應用前景進行展望,為生物醫(yī)藥領域學者借鑒應用提供參考。

一、代謝組學概況

(一)研究的對象

代謝組學的主要研究對象是生物體內低分子量終端代謝產物(分子質量小于1000 Da),故研究的主要樣本為富含此終端代謝產物的生物樣品,如尿液、血液、唾液和器官組織提取物。

(二)分析手段

代謝組學研究過程中一個關鍵環(huán)節(jié)就是原始代謝數據的獲得,既將生物樣品轉化為可定性可量化的物理數據過程。這一過程需要現代科學儀器的支撐,當前核心的技術手段主要包括核磁共振技術、質譜聯用技術和液質聯用技術、氣質聯用技術和毛細管電泳—質譜聯用技術。而上述幾種技術互補聯用正在成為代謝組學研究主流的分析手段。

(三)數據分析與表征

代謝組學原始數據的挖掘與表征主要采用兩種手段:一種是非監(jiān)督性數據處理模式,主要采用主成分分析技術(Principal Components Aanlysis,PCA);另一種是非監(jiān)督型數據處理模式,主要采用偏最小二乘判別分析技術(Partial Least Square_Discriminate Analysis,PLS-DA)。

(四)代謝通路分析

代謝組學研究的核心目標就是通過機體內低分子量終端代謝產物的量化表達來追蹤機體固有代謝通路的變化,以通過代謝通路的調節(jié)表達規(guī)律來闡明機體生理病理變化的實質和規(guī)律。常用的代謝通路檢索數據庫主要包括LIPID Metabolites、Pathways Strategy和Kegg database等。

二、代謝組學的實踐應用

(一)毒理學研究

利用代謝組學研究環(huán)境毒理,研究發(fā)現蚯蚓污染土壤引起相應的毒性機制從代謝組學角度給出合理答案。利用代謝組學方法研究雄黃的毒性發(fā)生機制,結果發(fā)現雄黃長期給予能夠誘導肝臟毒性的發(fā)生,明顯影響機體的能量代謝通路和腸道菌群環(huán)境,發(fā)現肝組織水提取物中增加的谷胱甘肽可作為雄黃誘導氧化性肝損傷的特異生物標志物。

(二)疾病診斷

利用代謝組學技術研究異戊酸血癥,結果表明異戊酸血癥進程中正常醋酸循環(huán)代謝結果的檸檬酸合成酶和異檸檬酸脫氫酶均被明顯抑制。利用代謝組學技術多種中樞神經系統(tǒng)疾病能做出理想診斷,如精神分裂癥、抑郁癥和躁郁癥等。前列腺癌代謝組學研究結果表明肌氨酸是一個前列腺癌癌細胞入侵和癌癥惡化過程中的一個關鍵中間代謝產物,可用于前列腺癌的早期診斷和治療評價。

(三)中藥作用機理研究

王等利用基于高效液相質譜聯用技術研究中藥茵陳蒿湯的解酒護肝機制,首次從機體代謝網絡角度闡明茵陳蒿湯的保肝作用,并標示酒精肝損傷的關鍵代謝通路和茵陳蒿湯的干預機制。趙登基于液質聯用技術的代謝組學方法研究中藥欣地軟膠囊治療急性血瘀的作用機制,結果發(fā)現與機體多個代謝通路相關的多個代謝產物表征了欣地軟膠囊對該病的治療作用,并很好地對欣地軟膠囊抗急性血瘀作用機制進行了闡明。

三、結語

代謝組學作為系統(tǒng)生物學的重要組成部分,以其全局性的研究理念,對機體生理和病理的把握更加全面和具體。其與傳統(tǒng)的臨床化學等研究方法相比,突破單一因素或局部因素探討疾病和治療過程,采用的一種全景式的研究理念,系統(tǒng)化地圈定機體全局性代謝網絡,通過這種全局性的量化描述來客觀認識機體生理和病理變化的實質。為臨床診斷和藥物治療及其干預提供客觀指導。經過上述對代謝組學的研究實踐進行總結,我們可以窺見代謝組學在生物醫(yī)藥相關的諸多主流領域均取得了很好的實踐結果,隨著現代科學技術的進步和交叉科學的快速發(fā)展,代謝組學以其系統(tǒng)性的研究思維必將獲得更好研究實踐,為生物醫(yī)藥科學的發(fā)展和進步起到助推作用。

參考文獻

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