代谢组学研究策略与方法的新进展.pdfVIP

第37卷 分析化学(FENXIHUAXUE)评述与进展 第】期 of 136—143 2009年1月 ChineseJournal AnalyticalChemistry 代谢组学研究策略与方法的新进展 夏建飞1，2 梁琼麟2 胡坪3 王义明2 罗国安“2 (华东理工大学药学院，上海200237)2(清华大学分析中心，北京100084) 3(华东理工大学化学与分子工程学院，上海200237) 摘要代谢组学研究的是生物体系受到内在和外在冈素刺激产生的内源性代谢变化，可以对那些能描述 代谢循环情况的关键化合物进行定性和定量分析。近几年来，代谢组学已经成为生命科学领域一个重要的、 有价值的工具，并在不断创新的分析技术推动下稳步发展。虽然代谢组学本身还存在一些不足，但许多研究 者以解决问题为出发点，提出了一些新的研究策略、方法和技术。代谢组学发展呈现出整合一体化，定量化和 标准化的趋势。本文对代谢组学的概况，现在的发展情况和未来的趋势进行综述。 关键词代谢组学，研究策略，分析方法，综述 1代谢组学的概况 与系统整合为目标的系统生物学的一个分支，是继基因组学、转录组学、蛋白质组学后系统生物学的另 一重要研究领域，它是研究生物体系受外部刺激所产生的所有代谢产物变化的科学，所关注的是代谢 循环中分子量小于1000的小分子代谢物的变化，反映的是外界刺激或遗传修饰的细胞或组织的代谢应 o提出了 学的概念…，并在疾病诊断、药物筛选等方面做了大量的卓有成效的T作”-s]。Fiehn等【6 metabolomics的概念，第一次把代谢产物和生物基因的功能联系起来，之后很多植物化学家开展了植物 代谢组学的研究，使得代谢组学得到了极大的充实，同时也形成了当前代谢组学的两大主流领域： 代谢组学一些相关层次的定义，已被学术界广泛接受。第一个层次为靶标分析，目标是定量分析一个靶 蛋白的底物和／或产物；第二个层次为代谢轮廓分析，采用针对性的分析技术，对特定代谢过程中的结构 或性质相关的预设代谢物系列进行定量测定；第三个层次为代谢指纹／足印，定性并半定量分析细胞外／ 细胞内全部代谢物；第四个层次为代谢组学，定量分析一个生物系统全部代谢物，但目前还难以实现。 作为应用驱动的新兴科学，代谢组学已在药物毒性和机理研究¨213j、微生物和植物研究¨引、疾病诊 断和动物模型lts,t63、基因功能的阐明【17]等领域获得了较广泛地应用。近来，代谢组学又在中药成分的 安全性评价‘18 J、药物代谢的分析‘19】、毒性基因组学[驯、营养基冈组‘21|、药理代谢组学‘玑圳、整合药物 代谢和系统毒理学旧L驯等研究方面取得了新的突破和进展。 完整的代谢组学分析的流程包括样品的制备、数据的采集和数据的分析及解释。样品的制备包括 样品的提取、预处理和化合物的分离。代谢物通常用水或有机溶剂(甲醇、己烷等)提取。分析之前，常 先用同相微萃取、同榴苹取、亲和色谱等方法进行预处理，用气相色谱、液相色谱、毛细管电泳等方法进 行化合物的分离。预处理后，样品中的代谢产物需要通过合适的方法进行测定。色谱、质谱、磁共振、红 外光谱、库仑分析、紫外吸收、荧光散射、放射性检测、光散射等分离分析手段及其组合都在代谢组学的 研究中得到应用。其中，核磁共振(NMR)技术特别是氢谱以其对含氢代谢产物的普适性，色谱以其高 分离度、高通量，质谱(MS)以其普适性、高灵敏性和特异性而成为最主要的分析工具。代谢组学研究的 2008-07-14收稿；2008-09-30接受 (No．2005CB523503)资助 }E—mail：luoga@mail．1singhua．edu．cn 万方数据万方数据 第1期 夏建飞等：代谢组学研究策略与方法的新进展 后期需借助于生物信息学平台进行数据的分析和解释[27