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代谢组学研究方法及其在放射医学领域的应用展望 摘要：机体暴露于电离辐射下，一系列分子表达活性将发生变化，特异性改变的代谢产物可作为标志物用于辐射损伤的鉴别分类 ，该文综述了目前已经确定的或具有潜在功能的几种辐射损伤标志物的应用价值，介绍了代谢组学研究方法用于辐射损伤的诊断和治疗的目前研究进展。 关键词： 代谢组学 放射医学 辐射损伤标记物 代谢组学是效仿基因组学和蛋白质组学的研究思想，对生物体内所有代谢物进行定量分析，并寻找代谢物与生理病理变化的相对关系的研究方式，是系统生物学的组成部分。其研究对象大都是相对分子质量1000以内的小分子物质。 基因组学和蛋白质组学分别从基因和蛋白质层面探寻生命的活动，而实际上细胞内许多生命活动是发生在代谢物层面的，如细胞信号释放（cell signaling），能量传递，细胞间通信等都是受代谢物调控的。代谢组学正是研究代谢组（metabolome）——在某一时刻细胞内所有代谢物的集合的一门学科。基因与蛋白质的表达紧密相连，而代谢物则更多地反映了细胞所处的环境，这又与细胞的营养状态，药物和环境污染物的作用，以及其它外界因素的影响密切相关。因此有人认为，“基因组学和蛋白质组学告诉你什么可能会发生，而代谢组学则告诉你什么确实发生了。” 由于代谢组学的研究对象代谢(物)处于生物系统生化活动调控的末端，包含着反映生理现象的直接而又全面的生物标志物(biomarker)信息，而且代谢物的种类少于3000种，与其他组学所研究的对象相比要少得多，比较容易鉴定和定量，因此，代谢组学日益成为整体研究生命体系功能变化的有力的分析手段，目前已经应用于新药研发、疾病诊断及发病机制阐明等领域，显示出广阔的应用前景[1]。随着代谢组学技术平台的不断发展，该技术也已开始应用到放射医学领域，寻找代谢产物中与辐射剂量相关的生物标志物，将对辐射生物剂量学的发展具有重要的推动作用。现将代谢组学的主要技术手段，以及在放射医学领域的应用现状和前景展望综述如下。 代谢组学研究方法 代谢组学的研究方法与蛋白质组学的方法类似，通常有两种方法。一种方法称作代谢物指纹分析 （metabolomic fingerprinting），采用液相色谱-质谱联用（LC-MS）的方法，比较不同血样中各自的代谢产物以确定其中所有的代谢产物。从本质上来说，代谢指纹分析涉及比较不同个体中代谢产物的质谱峰，最终了解不同化合物的结构，建立一套完备的识别这些不同化合物特征的分析方法。另一种方法是代谢轮廓分析（metabolomic profiling）,研究人员假定了一条特定的代谢途径，并对此进行更深入的研究。 对于代谢产物来说，不仅只有质谱峰这个特征。更进一步说，质谱（MS）并不能检测出所有的代谢产物，并不是因为质谱的灵敏度不够，而是由于质谱只能检测离子化的物质，但有些代谢产物在质谱仪中不能被离子化。 代谢组学主要研究的是作为各种代谢路径的底物和产物的小分子代谢物（MW1000）。利用代谢组学工具发现辐射损伤在动物体内的相关生物标志物。代谢组学检测的生物样品，包括生物体的各种体液，尿液、血浆或血清、脑脊液、精液、胆汁、细胞提取物以及生物组织样品皮脂等。由于尿液、血浆或血清取样无侵性的特点，因而被广泛用于代谢组学分析。很多因素对生物体的代谢有影响，如动物的品系、性别、饮食、年龄、昼夜循环、药物干预等阻[2]。因此，在实验设计时，要充分考虑到这些因素对实验的影响，样本收集时尽量使这些影响因素最小化。 完整的代谢组学分析流程如下。 1．样品制备：包括样品的提取、预处理和化合物的分离。在样本准备阶段，所用的提取方法(包括液一液提取、固相提取、过滤等)应该尽可能多地提取代谢物 [3]。分析之前，常先用固相微萃取、固相萃取、亲和色谱等预处理，用气相色谱、液相色谱、毛细管电泳等进行化合物的分离。 2．数据采集的仪器分析平台：有多种分析技术用于代谢组学的分析研究，主要包括核磁共振波谱(NMR)、质谱(MS)及质谱联用技术。每种分析技术都可以帮助了解生物体代谢物的动态水平。由于所分析对象的生化多样性及浓度的差别较大，要对它们进行无偏差的全面分析，单一的分离分析手段难以胜任，这就是为什么代谢组学需要众多技术和数据联用的原因。 主要技术手段是核磁共振（NMR），质谱（MS），色谱（HPLC，GC），其中以NMR为主。通过检测一系列样品的NMR 谱图，再结合模式识别方法，可以判断出生物体的病理生理状态，并有可能找出与之相关的生物标志物（biomarker）。为后期辐射损伤提供一个预知平台。 3．数据预处理及分析：代谢组学分析产生的是大量的多维信息，因此，充分运用化学计量学，对采集的多维海量原始数据进行压缩降维和归类分析，从中有效挖掘出有用信息，对代谢组学分析结果的最终解释至关重要。 二