代谢物组学应用的领域之三——诊断代谢物组学

1诊断代谢物组学概念和特点代谢物组学[1]是一种新兴的研究生物体系中代谢物组的技术和方法。这种全面的、高通量的分析技术用来分析生物提取物中复杂的代谢混合物。代谢物组学目前主要应用于疾病诊断、药物代谢、植物代谢、毒理代谢等方面。尤其是在诊断代谢物组学方面,近几年来发展了一些新的技术和方法。疾病发生伴随着病人体内病理变化,使得代谢产物也随之发生某种相应的改变。诊断代谢物组学就是通过对这些由疾病诱导产生的代谢产物的变化进行分析,运用化学计量学等方法对疾病组和正常组进行分类,帮助了解病变过程和机体内代谢途径,寻…     

代谢物组学的应用及进展

代谢物组学(metabonomics)作为继基因组学后新发展起来的一门系统学科,主要研究生物体受外界刺激或扰动后,所有低分子量的代谢产物随时空变化的情况,从而探明生物体系代谢途径的一种研究方法.代谢物组学近年来发展十分迅速,在植物学、毒理学、临床诊断、药物开发、营养科学等研究领域都已有出色的成果取得.代谢物组学作为一种新的组学研究技术,大大丰富了系统生物学的研究内容,成为生命科学研究的一种最有前景的方法之一.本文介绍了近年代谢物组学技术的应用领域及进展,并对其发展前景进行了展望.     

代谢物组学应用的领域之一--药物代谢物组学

本文就当前代谢物组学应用的领域--药物代谢物组学进行了综述.从药物自身的代谢和药物诱导的内源性物质代谢两方面介绍了药物代谢物组学研究的内容,指出药物代谢物组学以系统的研究方法对药物代谢过程进行研究,进而讲清药物作用于生命体的过程.此外,还就药物代谢物组学的研究手段及药物代谢物组学在药物开发中的应用价值等内容进行了介绍.     

代谢物组学应用的领域之四——毒理代谢物组学

1毒理代谢物组学的概念和特点 由于代谢物组学独特的研究方法，系统地研究生物体由于毒物、药物干预或者基因改变而造成的体液和组织中代谢物的变化过程”。在过去的两至三年里受到了科学界的极大关注和重视。该研究思路也逐步渗入一些传统的研究方向，如植物学、药物代谢、临床诊断、毒理学、营养学等。相比较而言，受其影响最为深刻的分支则当属毒理学。从通常意义上来讲，毒理学家所感兴趣的信息包括：因外来化合物侵入，而导致生物体系的受损目标组织、其受损程度和由此产生相应不良影响的生化机理。目前发展相对成熟的基因组学、蛋白组学等技术给药物研发（关键一环为药物毒理安全性测试）提供了海量的信息，但是采用这些技术很难分析由此得到的复杂多元数据集合，关键的代谢信息很容易因此被遗漏。     

基于代谢组学技术研究丹红注射液对血小板内代谢物的变化

采用LC-MS代谢组学技术研究丹红注射液对家兔血小板内源性代谢物的影响。丹红注射液处理血小板后,测定其抗血小板聚集作用并利用代谢组学技术分析血小板内代谢物的变化。建立主成分分析(PCA)和偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)模型进行模式识别、综合变量投影重要性(VIP)分析和独立t检验分析筛选差异代谢物,通过代谢通路初步探讨丹红注射液对血小板的潜在作用机制。结果表明不同剂量与浓度的丹红注射液对血小板聚集率起到不同的对抗作用,且随着剂量和浓度的增加,对抗作用越强。与对照组比较,丹红注射液处理血小板后共筛选出烟酸、烟酸核糖苷、次黄嘌呤等25种差异代谢物,主要涉及烟酸和烟酰胺代谢、嘌呤代谢这2条可能的代谢通路。应用代谢组学技术从微观角度去评价丹红注射液对血小板的作用,可为血小板相关机制研究提供新思路。     

代谢物组学应用的领域之五——营养代谢物组学

1概述 人类的健康与其膳食结构密切相关。营养缺乏和营养过剩都会导致一些疾病的发生。在基因组学时代，营养基因组学利用分子生物学技术研究营养紊与基因的相互作用。基因组学研究的结果表明，营养素与基因的相互作用会引起表型（phenotype）的改变。而这种改变相应的会反映到内源性小分子代谢轮廓的变化，因此对小分子代谢物进行定性定量研究，较对基因的研究而言，能更直观的评价表型的改变，揭示营养素干预生命活动的过程和规律。     

代谢组学在植物代谢研究中的应用

代谢组学作为系统生物学的重要分支,近年来在植物研究领域受到广泛关注,并取得了重要进展。植物代谢组学目前虽然是一个并不成熟的领域,但是在研究模式植物的生理生化过程和基因改造等方面已成为最为有效的手段之一,近年在研究非模式植物方面特别是药用植物方面也取得了突破性进展。作者在总结植物代谢组学的定义和发展的基础上重点阐述了其最新应用,并提出了植物代谢组学可能的发展方向。植物代谢组学为植物研究提供了一个整体全面的分析平台,从宏观角度更加科学地理解植物生理生化过程,进而为人类所用提供了可能。许多植物代谢物是中药的活性成分,其种类和含量随品种、生长环境、采集季节以及炮制方法等因素而变化。因此,中药的质量问题主要就是植物代谢组的问题。由于环境因素、植物有效部位对中药药效(或价值)有一定影响,而代谢组学法可以有效检测这些因素,植物代谢组学为深入研究开发中药资源创造了新的研究平台。     

GC-MS代谢组学分析逍遥散干预抑郁模型大鼠盲肠代谢物组的变化规律

目的采用GC-MS代谢组学方法分析逍遥散干预抑郁模型大鼠盲肠组织代谢物组的变化规律。方法采用慢性温和不可预知应激(CUMS)程序对大鼠进行造模,以逍遥散及盐酸氟西汀(氟西汀)为干预药物,采用GC-MS方法分析大鼠盲肠组织代谢物组及其变化规律。化合物的结构通过NIST 05数据库检索及对照品指认确定,将数据预处理后导入SIMCA-P 13.0软件进行多元统计分析。结果 CUMS抑郁大鼠模型复制成功,代谢组学研究结果表明氟西汀及逍遥散干预后大鼠盲肠组织中丙氨酸、丝氨酸、谷氨酸等减少,氟西汀组棕榈酸、硬脂酸升高,且与模型组比较具有显著性差异(P0.05、0.01)。结论逍遥散干预后CUMS大鼠盲肠组织的代谢物组发生明显变化,该研究可为逍遥散抗抑郁作用机制研究提供依据。     

代谢组学在中医证候研究中的应用

代谢组学是关于生物体内源性代谢物质的整体及其变化规律的科学[1],是应用现代分析方法对某一生物或细胞在一特定生理时期内所有相对低分子质量(通常分子量小于1 000)代谢产物同时进行定性和定量分析的一门新学科。代谢组学的中心任务包括检测、量化和编录生物内源性代谢物质的整体及其变化规律,联系该变化规律与所发生的生物学事件或过程的本质。从定义本身不难看出,代谢组学是将生物体作为一个动态     

代谢组学在高血压研究中的应用

高血压是一种最常见的慢性病,是多种心、脑血管疾病的重要危险因素。由于其多基因、多因素及异质性的特征,病理机制尚未完全阐明,也未收到令人完全满意的疗效。代谢组学以整体的视角对生物体的代谢网络变化进行研究,并将代谢物与生物过程关联起来,揭示机体变化。近年来,研究者们将代谢组学方法运用于高血压的研究,分别从发病机制、潜在生物标志物、生活方式干预的影响、降压药物起效机制等方面,以人或动物的血液、尿液或组织中代谢产物为研究对象,运用非靶向或靶向的思路开展研究。肠道菌群、氧化应激、脂肪酸、氨基酸等代谢通路成为新的关注点,由此发现的代谢物(组)有可能作为潜在的生物标志物,进一步成为高血压早期诊断的依据以及治疗的靶点。此外,中医药无论在辨证或者治疗上都是一个整体复杂系统,代谢组学与之十分契合,中医药工作者也将该方法运用于高血压中医辨证分型的生物学基础及降压中药作用机制的阐明。不同证型之间代谢物组有明显差异,中药治疗可以在很大程度上恢复高血压带来的代谢物扰动,这很可能是中药降压的药理途径之一。近年来高血压代谢组学研究已取得诸多进展,但在数据分析与整合(不同研究之间、不同组学之间)及因果关系的探讨等方面仍面临挑战。     

三七总皂苷对急性心肌缺血大鼠血清 代谢物组的影响研究

目的:运用代谢组学方法研究结扎冠状动脉致大鼠急性心肌缺血和三七总皂苷给药后大鼠血清代谢物组变化.方法:通过GC-MS技术分析正常组、急性心肌缺血造模组和三七总皂苷给药组的大鼠血清代谢物组,进而使用主成分分析(PCA)和偏最小二乘法-判别(PLS-DA)法研究3组代谢物谱的差异.结果:PCA和PLS-DA模型对不同组大鼠血清代谢物组预测分类效果良好;采用t检验和变量重要性投影法(VIP)挑选得到血清中10种潜在代谢标志物.结论:代谢组学方法可整体上反映生物体的病理生理状态,有望用于中药药效评价.     

基于UPLC-MS/MS的夏枯草不同时期的果穗差异代谢物分析

夏枯草因夏至而枯得名,不同采收时期对其品质的形成影响重大。然而,目前对夏枯草不同时期果穗化学成分的变化研究较少,所涉及的代谢产物尚不清楚。为了阐明夏枯草果穗的代谢物及代谢通路,该实验采用超高效液相色谱串联质谱(UPLC-MS/MS)结合广泛靶向代谢组学技术整体表征夏枯草不同时期的果穗化合物差异性,利用主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘判别分析法(OPLS-DA)等多元统计方法鉴定差异代谢物,并且对相关代谢通路进行分析。代谢组学的结果共鉴定出了602种代谢物,其中有机酸及其衍生物数量最多,黄酮类次之;根据VIP>1且P<0.05,发现羟基苯甲酸、没食子酸等为其主要差异代谢物;富集分析结果提示异黄酮类化合物的生物合成、氨基苯甲酸盐的降解、苯甲酸盐的降解、花青素的生物合成、代谢途径、不同环境中的微生物代谢、植物次级代谢物的生物合成、色氨酸的代谢、苯丙酸类物质的生物合成等代谢通路为主要通路。这些结果旨在阐明夏枯草差异代谢物的动态变化情况,为深入研究夏枯草果穗采收机制提供理论依据。     

药用植物代谢组学研究

代谢组学是全局性研究小分子代谢物的一门科学,是系统生物学的重要组成部分,广泛应用于中医药复杂体系。代谢物是药用植物代谢合成的产物,是中药发挥疗效的物质基础。随着本草基因组计划的实施和中药合成生物学的发展,药用植物代谢组学研究将会迎来蓬勃发展。该文介绍代谢组学技术近几年的研究进展,以及药用植物代谢组学研究的主要内容,包括药用植物鉴别和质量评价,品种选育和抗逆研究,代谢途径解析,代谢网络、代谢工程研究及合成生物学研究。通过整合本草基因组,转录组和代谢组学等研究,最终为药用植物品种选育、创新药物研发和质量安全性评价奠定基础。     

基于代谢组学技术的针灸效应机制研究进展及展望

代谢组学是一门对某一生物或细胞所有低分子质量代谢产物（以相对分子质量<1 000的有机和无机的代谢物为研究核心区）进行分析的新兴学科,是一种通过研究代谢产物揭示机体生命活动代谢本质的科学方法。针灸学作为中医学的重要组成部分,遵循整体观念和辨证论治原则,针刺效应的多层次、多靶点整体特性与代谢组学的整体性、系统性十分吻合,代谢组学在针灸效应机制研究中具有广阔的应用前景。目前,针灸学在国际标准化进程中的发展机遇与挑战并存,运用代谢组学技术全方面、系统性阐释针灸效应机制的科学内涵对针灸学现代化发展具有重要意义,代谢组学技术的应用或能够为客观科学地阐明针灸效应机制提供重要的技术支持。     

亚健康肝郁证尿液代谢组学研究

目的:探讨亚健康肝郁证的尿液代谢组学特征,阐述肝郁证的生物学本质。方法:对12例健康者和12例亚健康肝郁证的尿液样本进行氢核磁共振(1H-NMR)检测。将其所得NMR数据通过正交信号校正(OSC)处理之后再采用PLS分析方法,研究健康者与亚健康肝郁证者之间尿液代谢产物谱的差异。结果:两组尿样核磁共振氢谱的OSC-PLS(ctr)分析结果图显示,健康组与亚健康肝郁证组能够被区分,两组尿液样本之间的代谢物含量存在明显差异。肝郁证组尿液中乳酸(δ1.34,4.14)、柠檬酸(δ2.54,2.66)、甘氨酸(δ3.58)、氧化三甲胺(δ3.26),马尿酸(δ3.98,7.54,7.58,7.62,7.66,7.82,7.86)的含量低于正常组,而3-羟基丁酸(δ1.18,1.22)、肌酐(δ3.06,4.06)的含量则高于正常组,其谱峰相对积分面积明显增高。结论:两组尿液样本的1H-NMR代谢谱存在差异,能从代谢组学分析中找出特异的标志性代谢产物。尿液代谢物变化能在一定程度上阐释亚健康肝郁证的发生机制。     

亚健康脾虚证的尿液代谢组学研究

目的:探讨亚健康脾虚证的尿液代谢组学特征,阐述脾虚证的生物学本质。方法:对12例健康人和12例亚健康脾虚证患者的尿液样本进行氢核磁共振(1H-NMR)检测。将所得NMR数据通过正交信号校正处理后再采用PLS分析方法,研究健康组与亚健康脾虚证组之间尿液代谢产物谱的差异。结果:两组尿样核磁共振氢谱的OSC-PLS(ctr)分析结果显示,健康人与亚健康脾虚证患者能够被区分,两组尿液样本之间的代谢物含量有明显差异。脾虚证组尿液中3-羟基丁酸(δ1.18,1.22)、乳酸(δ1.34,4.14)、甘氨酸(δ3.58)、肌酐(δ3.06、4.06)、马尿酸(δ3.98、7.54、7.58、7.62、7.66、7.82、7.86)的含量低于正常组,而氧化三甲胺(δ3.26)、柠檬酸(δ2.54、2.66)的含量则高于正常组,其谱峰相对积分面积明显增高。结论:运用代谢组学研究方法可以成功区分亚健康脾虚证和正常人的尿液,初步得到其证型的代谢表型与差异性代谢物,尿液代谢组学的变化可在一定程度上阐释亚健康脾虚证的发生机制,从而阐述亚健康脾虚证的生物学本质。     

药用植物代谢调控的组学研究进展

药用植物多样的次生代谢产物是决定其品质的重要因素,直接影响其药用价值。近年来,新兴的多组学技术飞速发展,并日趋成熟,这极大地促进了中药资源的研究,尤其是多组学的联合运用使得对药用植物相关代谢调控网络的研究更加广泛而精确。在现代中药研究中,组学技术在药用植物化学成分的鉴定、道地药材真伪鉴定和质量评估、药用植物代谢途径解析及道地药材的复合胁迫研究中发挥着重要作用。该文对组学的发展、研究策略与方法以及在代谢调控中的应用进行了综述和展望。提出药用植物组学相关研究重点将更注重多组学联合解析其合成调控网络,发掘影响药用植物次生代谢调控的相关基因及主要代谢物,以期从分子遗传育种方向在生产中定向培育或利用栽培技术提升和改善药用植物的品质,助力产业的良性发展。     

基于非靶向代谢组学的苍耳不同药用部位代谢产物特征分析

目的:分析苍耳不同药用部位之间代谢产物的差异。方法:采用超高效液相色谱-电喷雾离子源-质谱法(UPLC-ESI-MS)对苍耳根、茎和叶进行测定;用主成分分析(PCA)和偏最小二乘法-判别分析(PLS-DA)进行数据处理;通过对代谢物精确相对分子质量及碎片信息的确认,结合软件数据库搜索鉴定代谢物;对差异代谢物进行京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析。结果:苍耳的根、茎和叶的化学组成得到有效区分,从3个部位中共鉴定出5902个代谢物,筛选出64个差异代谢物,主要富集在植物次生代谢物质的生物合成,癌症中的中央碳代谢,鸟氨酸、赖氨酸和烟酸生物合成生物碱等通路。结论:从苍耳根、茎和叶代谢产物差异的角度揭示不同部位药性、药效差异的物质基础,为苍耳类中药资源的最大化综合利用提供参考。     

基于气相色谱-质谱的脂肪萎缩小鼠血浆代谢组学研究

目的:脂肪萎缩是引起糖脂代谢紊乱的重要因素之一。通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术分析aP2-nSREBP-1c脂肪萎缩小鼠血浆代谢谱的变化,研究与其密切相关的差异代谢物与代谢通路,探讨其生物学基础。方法:应用GC-MS技术对6只同窝野生型小鼠和6只转基因小鼠血浆样品进行检测,对检测结果进行多元统计分析,筛选出显著差异的代谢物,借助MetaboAnalyst分析代谢通路。结果:与野生型(wild-type,WT)小鼠比较,转基因(transgenic,TG)小鼠血浆中乳酸、L-缬氨酸、3-羟基丁酸、尿素、d-半乳糖、D-阿洛糖、硬脂酸、棕榈酸、肌醇、油酸、11-十八碳烯酸含量增加。代谢通路富集分析发现3条脂肪萎缩相关通路。结论:通过对aP2-nSREBP-1c小鼠血浆代谢组学分析,发现缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成,丙酮酸代谢,磷酸肌醇代谢途径与脂肪萎缩相关,为阐明糖脂代谢性疾病的发病机制提供了代谢组学依据。     

合欢不同部位的代谢组学分析

目的 通过代谢组学方法探讨合欢非药用部位的药用价值，以缓解其资源压力。方法 采用非靶向代谢组学的方法对合欢花及非药用部位合欢叶、茎中的代谢物进行筛选，结合生物信息学工具对其进行多元统计分析，分析代谢物之间相关性和不同部位代谢物的差异性。结果 合欢代谢物主要为脂肪酸、萜、糖、氨基酸、亚麻酸、胺、醇和多元醇、黄酮等类化合物，合欢的茎、叶和花中共有的代谢物主要有萜、黄酮和氨基酸等类成分，黄酮和黄酮醇生物合成、天门冬氨酸和谷氨酸代谢被认为是形成合欢不同组织差异代谢物的重要富集代谢途径。结论 合欢茎和叶中含有类似合欢花中的代谢物，茎、叶可能被用来代替合欢花作为药用资源，为合欢不同部位代谢物的研究和利用生物技术合成次生代谢产物提供参考。