生物化學與分子生物學/代謝組學

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組學與系統生物醫學 - 基因組學 - 轉錄物組學 - 蛋白質組學 - 代謝組學 - 其他組學 - 系統生物醫學及其應用
細胞內的生命活動大多發生於代謝層面,因此代謝物的變化更直接地反映了細胞所處的環境,如營養狀態、藥物作用和環境影響等。代謝組學(metabonomics)就是測定一個生物/細胞中所有的小分 子組成,描繪其動態變化規律,建立系統代謝圖譜,並確定這些變化與生物過程的聯繫。

代謝組學的任務是分析生物/細胞代謝產物的全貌[編輯]

代謝組學分為四個層次:①代謝物靶標分析(metabolite target analysis): 對某個或某幾個特定組分進行分析;②代謝譜分析(metabolic profiling analysis): 對一系列預先設定的目標代謝物進行定量分析。如某一類結構、性質相關的化合物或某一代謝途徑中所有代謝物或一組由多條代謝途徑共享的代謝物進行定量分析;③代謝組學:對某一生物或細胞所有代謝物進行定性和定量分析;④代謝指紋分析(metabolic finger printing analysis): 不分離鑑定具體單一組分,而是對代謝物整體進行高通量的定性分析。
代謝組學主要以生物體液為研究對象,如血樣、尿樣等,另外還可採用完整的組織樣品、組織提取液或細胞培養液等進行研究。血樣中的內源性代謝產物比較豐富,信息量較大,有利於觀測體內代謝水平的全貌和動態變化過程。儘管尿樣所含的信息量相對有限,但樣品採集不具損傷性。

核磁共振、色譜及質譜是代謝組學的主要分析工具[編輯]

由於代謝物的多樣性,常需採用多種分離和分析手段,其中,核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)、色譜及MS等技術是最主要的分析工具。①NMR:是當前代謝組學研究中的主要技術。代謝組學中常用的NMR譜是氫譜(1H-NMR)、碳譜(13C-NMR)及磷譜(31P-NMR)。②MS:按質荷比(m/z)進行各種代謝物的定性或定量分析、可得到相應的代謝產物譜。③色譜-質譜聯用技術:這種聯用技術使樣品的分離、定性、定量一次完成,具有較高的靈敏度和選擇性。目前常用的聯用技術包括氣相色譜-質譜(GC-MS)聯用和液相色譜-質譜(LC-MS)聯用。

代謝組學技術在生物醫學領域具有廣闊的應用前景[編輯]

代謝組學所關注的是代謝循環中小分子代謝物的變化情況及其規律,反映的是內、外環境刺激下細胞、組織或機體的代謝應答變化。與基因組學和蛋白質組學相比,代謝組學與臨床的聯繫更為緊密。疾病導致體內病理生理過程變化,可引起代謝產物發生相應的改變。因此,開展疾病代謝組研究可以提供疾病(如某些腫瘤、肝疾病、遺傳性代謝病等)診斷、預後和治療的評判標準,並有助於加深對疾病發生、發展機制了解;利用代謝組學技術可以快速檢測毒物和藥物在體內的代謝產物和對機體代謝的影響,有利於判定毒物、藥物的代謝規律,為深入闡明毒物中毒機制和發展個體化用藥提供理論依據;利用代謝組學技術對代謝網絡中的酶功能進行有效的整體性分析,可以發現已知酶的新活性並發掘未知酶的功能;最後,由於代謝組學分析技術具有整體性、解析度高等特點,可廣泛應用於中藥作用機制、複方配伍、毒性和安全性等方面的研究,為中藥現代化提供技術支撐。