代谢综述
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1 代谢组学的发展历史和精髓
代谢是生命活动中所有(生物)化学变化的总称。代谢活动是生命活动的本质特征和物质基础。因此，对代谢物的分析向来就是研究生命活动分子基础的一个重要突破口。生物代谢的系统化科学研究始于18世纪末到19世纪早中期，经过半个多世纪的努力，人们对代谢活动的物质基础和化学本质有了较为详尽的认识。这些科学研究均以经典“还原论”为研究哲学基础，对代谢途径或者其中的某些环节进行了“各个击破”的详尽研究，充分认识了各代谢途径或环节的分子机理。然而，孤立的代谢途径或环节是不存在的。伴随着21世纪的来临，对生物体系的认识需要从整体(或系统)水平进行，随之而诞生了系统生物学的思想。这种研究哲学的转变引发了近两百种所谓“组”和“组学”思想和概念的出现。
所谓代谢组是指生物体内源性代谢物质的动态整体。然而，传统的代谢概念既包括生物合成也包括生物分解，因此理论上代谢物包括核酸、蛋白质、脂类以及其他小分子代谢物质。但为了有别于基因组、转录组和蛋白质组，代谢组目前只涉及相对分子质量约小于1000的小分子代谢物质。
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。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。
在基因组学、转录组学和蛋白质组学等概念存
在的同时，为什么还需要代谢组学的概念呢?首
先，这是因为对生物体系而言，基因、转录子和
蛋白质的存在为某生物学事件或过程的发生奠定了
物质基础，但这个事件或过程有可能不发生;而代
谢物的存在反映生命过程中己经发生了的生物化学
反应，其变化正是对该生物事件或过程的反映。其
次，绝大多数生物由宿主和与之共进化而共生的客
体共同组成，是所谓的超级生物体。
譬如，一个健康的人体由人体和与之共生的菌群两
部分组成。因此，研究人体显然需要对人本
身、菌群及其相互作用等在系统水平对所发生的生
物事件进行整体性认识。但是，体内菌群中菌种繁
多而且多数暂时无法进行体外培养，对这个共生体
仅仅从基因组和蛋白质组水平进行研究，有必然的
困难和方法上的不足。况且仅肠道菌群的细胞数量
和基因组规模均至少为人体的10倍！因此，仅
仅研究宿主本身的基因或细胞，最多只能认识正常
人体的一小部分。
而人体的整体代谢活动包括宿主机体本身的代
谢、寄生菌群的代谢、两者的共代谢以及两者代谢物质交换引起的变
化，建立这些生命活动的
相互联系才可能完成所谓“系统水平的认识”。尿
液和血液代谢组包含了人体内每一个细胞的代谢信
息(包括宿主和菌群)，也包含了宿主和菌群代谢活
动的相互作用，人体尿液和血液代谢组也携
带着宿主和菌群基因组成、调控和表达状态，以及
蛋白质功能体现等等信息。因而，对该系统代谢组
的分析也是对基因组、转录组和蛋白质组水平研究
生物系统的一个重要补充。事实上，近来人们己经
使用代谢组学方法研究宿主和菌群代谢的相互作
用，证实了其可行性，而且已逐渐成为一个引人注
目的研究热点。如今，以代谢组学为基础的
全局系统生物学(globalsystemsbiology)思想已经诞
生而且正处于快速发展阶段。
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代谢组学技术的原理
代谢组学利用波谱或光谱学方法对生物体液及组织中
的代谢产物进行监测，将所得数据通过多元统计分析和模式
识别方法进行分析，了解由外源性物质和药物的作用而引起
的内源性代谢产物的变化，并将这种变化与核磁共振谱或质谱的谱图模式对应起来，从而找出外源性物质作用的靶器官
和作用位点，进而确定与之相关的生物标记物，确定药物或
毒物作用机制，进行毒性分类和筛选
文献2
1 代谢组学的研究技术和方法
先进的分析检测技术结合模式识别和专家系统
等计算分析方法是代谢组学研究的基本方法。完整
的代谢组学分析的流程包括样品的制备、样品分析和
数据的解析。样品的制备包括样品的采集和预处理。
与原有的各种组学技术只分析特定类型的化合
物不同，代谢组学所分析的对象的大小、数量、官能
团、挥发性、带电性、电迁移率、极性等物理化学参数
差异很大，要对它们进行无偏向的全面分析，单一的
分离分析手段难以胜任。核磁共振(NMR)、色谱-
质谱联用等是最常用的分析方法，这2种方法各具
特点，互为补充。NMR[’一‘，s一’OJ具有不破坏样品的显著特点，同时没有偏向性，对所有化合物的灵敏度
相同，且可提供化合物的结构信息;近年随着电喷雾
等软电力技术的出现，质谱越来越多地应用于多肤
和蛋白等生物样本分析中〔’‘一’礴〕。同样，质谱也适用于生物小分子的分析，特别是气一质联用(GC/MS)、
液一质联用(LC/MS)和电泳一质谱联用(CE/MS)等联
用技术，是对代谢物逐一定性定量时不可缺少的手
段，而且在进行相对分子质量测定及分子式推算时，
质谱是无可取代的。另外红外光谱、库仑分析、紫外
吸收、荧光散射、发射性检测、光散射等分离分析手
段及其组合都出现在代谢组学的研究中;面对大量、
多维的数据信息，如何计算处理，充分抽提所获得的
数据中的潜在信息，是代谢组学研究的重要内容。
对数据的分析需要应用一系列的化学计量学方法。
主成分分析(PCA)将高维数据降维，并将数据投影变换到变异最大的主轴上，从而提取出数据集的特
征，这种方法简便易懂，是目前代谢组数据处理的主
要方法〔‘2一’4〕。神经网络等智能分类算法也被应用
于代谢物组数据处理中[8]。还有研究者应用统计
实验设计和偏最小二乘法对代谢物组分析信号进行
处理〔”〕，或用层次聚类分析和K一最近邻的方法对
19种毒性物质的NMR分析数据分类，成功地分辨
了空白组、肝毒性组、肾毒性组和其他作用组〔’‘了，根
据不同的数据类型和研究目标，代谢组学可以采用
各种模式识别/多元统计分析技术和方法〔‘]。
文献3
2 代谢组学的研究方法
体液中的代谢物质与细胞、组织和整体水平的
生物化学状态密切相关。正常状态下机体中的代谢
物组成处在一个动态的平衡当中。当机体受到毒性
物质、代谢障碍或者生理因素的影响时，在细胞、
组织，甚至整体水平会发生代谢的变化应答，导致代谢物种类和浓度的变化。出现异常时，生物体液
的组成就会产生变化。代谢组学就是通过检测代谢
物水平的整体和动态变化，提取相关的生物代谢标
志物群体或标志物簇(biomarker。lusters)，在此基础
上寻找所受影响的相关代谢途径或环节，从中上推
寻找相关蛋白质组的对应变化，确立代谢网络调控
机制，进而联系和认识转录组与相关的调控基因功
育旨。
代谢物整体水平的检测分析:必须依赖分析化
学中的各种谱学技术，包括磁共振波谱、质谱、色
谱、红外和拉曼光谱、紫外—可见光谱等及其偶合
联仪方法获取代谢组数据;利用分析化学中的化学
计量学或化学信息学的研究方法将数据进
行统计和归类分析，从而提取代谢特征或代谢时空
的整体变化轨迹。因此，分析化学在代谢组学
研究中具有基础性的重要作用。需要特别指出的
是，代谢组学属于整体认识的思想，所强调的代谢
特征或代谢时空整体变化，不是传统意义上的某种
代谢物或少数几种代谢物含量和存在方式的变化，
因此，常常需要采用多变量统计分析方法。另外，
通过代谢组变化获取的“生物标志物簇”也只是代谢组学研究的一个初级阶段性目标，而建立代谢特征或代谢时空变化规律与生物体特性变化之间的有机联系，才是代谢组学研究的根本目标。
面对如此繁多的分析检测方法，实际研究工作
中如何进行选择呢?回答这个问题就必须对分析方法的优缺点进行系统分析。对于代谢组这样复杂的系统，理想的检测分析方法必须具备同步检测的无偏向性、不依赖检测者的客观性、良好的分辨率和重现性、高灵敏度和系统或整体性、分子结构信息的丰富性和原位定量研究的可行性、样品制备的简易性和高通量分析可操作性、较低的先验性、知识依赖性、活体或原位检测分析的可能性和便捷性、劳动力低耗性、重复回头检测率低、较低的每个样品检测分析成本，等等。现有的分析方法基本上可以归为三类:色谱-质谱联仪方法、磁共
振波谱法和色谱-核磁-质谱联仪法。色质联仪法总体来说具有良好的客观性和分辨率，一次性仪器购置投资相对较少，但该方法属于有偏向选择性检测方法，需要对样品有介入性和破坏性而不利于在体和原位分析;需要对样品进行较为复杂的制备而通量有限;对代谢组中各代谢物的原位定量十分繁
琐;未知代谢物的定性(结构确定)有相当的难度。目前从重现性等角度看，超高效液相色谱-质谱和
气相色谱-质谱方法有一定的优势。随着方法学的
发展，该方法应该还会有较大的改进空间。其中，
色谱的分辨率和色谱柱进样前后的稳定性或重现
性、质谱中对不同代谢物质的离子化效率以及离子
化抑制问题对代谢物定量的影响，以及未知代谢物
定性(确定结构)等方面问题，都亟待解决。
磁共振波谱法的优点包括:良好的客观性和重现
性，因而便于不同实验室之间数据的交换和比较;
样品不需要繁琐处理，可在接近生理条件下进行实
验;具有无创性，不破坏样品的结构和性质，因而
便于活体、原位的动态检测;代谢组中代谢物质的
响应系数相同，因此可以进行一次性同步、无偏向
的检测而且具有良好的原位定量效果;检测具有优
异的重现性，其信号携带着原子之间连接关系、动
力学性质和相互作用等丰富的分子信息，便于确定
未知代谢物质的结构和性质;可以对细胞和组织等
进行原位无创的检测分析而不受样品具体形态的限
而且具有较高的通量和较低的单位样品检测成
但它的缺点是检测灵敏度相对较低，采用现有
制本
成熟的超低温探头技术，其检测灵敏度在纳克级水平;另外仪器购置的一次性投入费用扬大。上述分
析不难看出，理想的代谢组分析技术应当是色谱- 超低温核磁-质谱的结合。近来，STOCSY思想的
诞生和方法学突破，使“波谱集成理论”和相
应的方法方面取得了长足进步，不仅为疾病和毒
理相关的代谢途径相关性建立了研究方法，为
系统生物学中转录组、蛋白质组和代谢组的整合提供了重要方法，解决了分子流行病学研究中药
物服用的调查准确性问题，也为色谱-超低温核
磁-质谱的有效结合奠定了基础。
用于代谢组数据分析处理的化学计量学方法很
多，但大体包括两类:非指导性(unsupervised)和
指导性(supervised)方法。最常见的非指导胜方法为主成分分析(principalcomponentanalysis，PCA)，
最常见的指导性方法为偏最小二乘法为基础的分析(partial least square,PLS)。这两种方法常常以所谓
的scoresplot和loadingsplot的形式输出分析结果，前者表征对比代谢组之间的区别和相似程度;而后
者给出导致其区别(或相似性)的有贡献变量及其贡献程度。这些变量可以是核磁谱中的化学位移(即代
谢物质)、色谱中的保留时间(代谢物或其色谱特
性)、质谱中的质荷比(分子量或其分数)。PCA在不作任何介入和无任何假设的前提下给出待分析各
代谢组的内在区别，而PLS则有一定的假设。对
这些方法，尤其是指导性方法的选择都是有一定条
件的，也正因为如此，使用指导性分析方法时要格
外注意假设的基础和成立性。事实上，当结合OSC
等方法时，PLS有可能造成人为的区分而导致没有
意义的结果。需要特别强调的是，任何数据分析方
法都必须在生物学意义和知识的基础上进行。
代谢组研究的对象可以是细胞、组织或者生物
机体整体。但由于研究对象十分复杂，影响因素较
多，且数据挖掘需要使用多变量数据分析方法，代
谢组学对实验设计要求格外严格。代谢组研究一般
可以包括以下流程:首先，给研究对象引入一定的
外源性刺激，该刺激既可以是基因的改变(剔除或
导入)、转录水平的更改、蛋白质水平的变化，也
可以是并不会导致基因和转录水平发生变化的某环
境因素。其次，采集相关的如尿液、血液、组织、
细胞和培养液，甚至整个生物体的生物样品，以反
映时空信息。实验设计中对样品收集的时间、部
位、种类、样本群体等应给予充分考虑。再次，
用磁共振、质谱、色谱等分析手段检测其中代谢物
的种类、合量、状态及其变化，建立代谢组数据。
而后使用多变量数据分析方法，表征代谢组特征的
动态模型，确定和研究相关代谢物变化涉及的代谢
途径，进而联系该变化规律，从不同层次和水平上
阐述生物体对相应刺激的响应。
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1．1 代谢组学研究的常用技术
代谢组学研究常用核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)和质谱联用技术，比如气相色谱-质谱联用仪(gaschromatography—mass spectrometer，GC—MS)和液相色
谱-质谱联用仪(liquid chromatography—mass spectrometer，LC—MS)等。核磁共振光谱分析法是目前代谢组学研究应
用最为广泛的方法，NMR的优势在于对样品无损害性，样品
处理简单，无需分离过程；缺点是灵敏度低，很难同时测定生
物体系中共存的浓度相差较大的代谢产物，所需硬件的投资
也较大。
气相色谱-质谱联用是当前最为活跃的联用技术，一般
供试物经GC分离为单一组分，按其不同保留时间，与载气
同时流出色谱柱，再经接口，进入质谱仪，然后可通过EI或
其他方法产生一定的MS图谱。GC—MS有很好的分离效
率，可由计算机对MS图谱进行化合物数据库的自动检索核
对，有利于迅速鉴识样品。缺点是需要对样品进行衍生化预
处理。这一步骤额外费时，甚至引起样品的变化；衍生化与
处理限制了GC—MS的应用范围，无法分析热不稳定性的物
质和分子量较大的代谢产物。有学者针对GC—MS的代谢
组研究，应用多元统计方法对人血浆的提取和衍生化预处理
方法进行了研究。液相色谱-质谱联用主要是高效液相
色谱质谱(high performance liquid chromatography—mass spec—trometry，HPLC—MS)联用，HPLC—MS进样前不需要进行
衍生化处理，适合那些不稳定、不易衍生化、不易挥发和分子
量较大的化合物缺点是分离效率不高，分析的相对时间较
长；没有化合物数据库可供检索和对比，样品的鉴别还需要
进一步的分析。
无论NMR、色谱和质谱都有各自的优缺点，为了充分发
挥各种技术的优势，有研究者将3种技术联合应用于代谢组
的研究。如Lenz等应用1 H—NMR和HPLC—TOF—MS
—MS技术相结合研究庆大霉素的肾毒性尿液的内源性的代
谢物变化，结果发现葡萄糖增加，三甲胺N-氧化物(trime—thylaminen—oxide，TMAO)降低等变化特点。
1．2代谢组学研究的新技术
微量样本是研究中经常面对的难题，而毛细管电泳-质
谱(capillary electrophoresis—mass spectrometry，CE—MS)所
需要样品量少,已广泛地应用于代谢组的研究中。Sato等选择了CE—MS进行了水稻叶的代谢物检测，成功地检测了88种代谢物，这些代
谢物涉及到糖酵解、三羧酸循环、磷酸
戊糖途径、光呼吸作用和氨基酸的生物合成等。近年来为了
检测活体动物特定组织区域内代谢物的动态变化，研究者将
微透析(microdialysis)技术引入了代谢组的研究，Price等应用微透析结合NMR比较了SD大鼠各组织在局部缺血状
态下的代谢情况。
可见代谢组同其他实验技术一
样，有一个不断完善的过程，一些研究者正致力于代谢组实
验技术的研究。
2代谢组学的分析技术
迄今为止，在代谢组学的研究中最常见的分析工具是
NMR，特别是1H—NMR，能够实现对样品的非破坏性、非选
择性分析，满足了代谢组学中的对尽可能多的化合物进行检
测的目标，但它也有两个非常明显的缺陷：灵敏度低、分辨率
不高，常常导致高丰度的分析物掩盖低丰度的分析物。近
期，研究者通过发展C—NMR技术．提高了其分辨率，部分
改善了1H—NMR中的问题。
2．1谱峰的预处理
谱峰的预处理对代谢组的后期分析有较大的影响，质谱
峰的预处理包括背景扣除、滤噪、保留时间校正、谱峰匹配和
归一化或标准化等。NMR谱峰的预处理包括背景扣除、滤
噪、归一化或标准化等。一些学者正对谱峰的预处理的方法
进行研究，比如针对1 H—NMR原始光谱资料，Stoyanova
等介绍了一种基于时间窗口的自动校正谱峰的方法；Webb—Roberson等就对谱峰整合和归一化进行了研究。
此外样品的分析过程中不可避免地出现谱峰漂移，Forshed 等比较了bucketing和PLF两种最近发展的NMR峰位校
正法，并应用实例对两种方法进行了比较。
气-质或液-质联用技术，通过常规的重叠峰析法后，
能分离300多种代谢物，但该方法耗时而且不能自动化。Jonsson等发展了一种半自动的逐级多元曲线分辨处理
质谱数据的方法，该方法已经应用于不同发育时间植物叶的代谢物研究，结果表明该法和常规的重叠峰析法具有类似的可信度。还有研究者开发谱峰的预处理软件，Katajamaa
等针对LC—MS开发了MZmine软件，该软件主要用于代
谢组资料的滤噪、谱峰匹配和标准化等预处理。
2．2数据分析
医学中的代谢组研究常常需要对疾病机制或治疗相关
的代谢标志物进行研究，常用的分析方法有PCA、t检验和方差分析等。
在疾病的诊断研究方面常常应用判别分析，比如应用代
谢组资料对患者进行某病的是与否判别等。常用的方法有
类模拟软独立建模(soft independent modeling of class anaio—Gy,SIMCA)、偏最小二乘法判别分析和人工神经元网络(arti—
fieialneural networks，ANN)等。
在毒理学中的应用
1.1 研究设计及方案
可以将代谢组学加人已有的毒性评价研究方案中，或者将其作为单独的评价方案。研究设计中必须考虑以下重要因素:
1.1.1 无菌的待测体液
用于代谢组学研究的体液应该是:容易得到、能有效定量、适合快速高通量筛选。大部分体液(如血清、全血、乳汁、唾液、精液等)都适合于代谢组学的研究，而以血(全血、血清、血浆)和尿更具有优势。由于毒理学中代谢组学的研究以动物实验为多，因此尿液又比血液更具有优势，因为收集尿液不必固定动物并做静脉穿刺，对动物不会有损伤作用(而创伤和应激都可能导致代谢组的改变);将动物在代谢笼里喂养，每隔几个小时便可大量收集一次尿液，因此可以获得受试物完全的、实时的代谢谱，而以血液作为目标体液则不能做到这点。1.1.2 选择动物品种
理论上所有动物均可用于代谢组学研究，但是实际运用中存在很大差别。最常的动物是大鼠，因为其24h的尿液(大约200一300g)足够用于分析，而且有商业用的代谢笼可以收集到非常清洁的尿液。小鼠24h的尿液只有1m l甚至更少，但是用小鼠做实验需要的受试物更少。由早期的数据判断，狗也适合做代谢组学分析。
1.1.3 赋形剂的选择
某些赋形剂会干扰实验结果，因此，在选择赋形剂的时候必须考虑两
个相关问题:一是在待测体液中是否有赋形剂及其代谢物分泌并影响检测信号，二是必须清楚赋形剂的代谢效应。通常应单独设赋形剂对照组来评价其效应。
1.1.4 性别/品系/年龄
动物的性别/年龄/品系会影响其代谢状态，从而影响待测体液的生成，因此，也必然会影响到分析结果。如不同品系的大鼠的主成分分析模式便有明显差异。
1.2 样品制备
通过代谢笼收集的尿液或通过静脉采取的血液，以及其它样品，用水或有机溶剂分别提取，再用萃取、亲和色谱等进行预处理，即为样品的制备。由于目前尚没有适合所有代谢物提取的方法，因此应根据不同的化合物选择不同的提取方法，并优化条件。
1.3 代谢组的分析
代谢组的分析技术包括代谢物的分离、检测及鉴定两部分。分离技术通常有气相色谱、液相色谱、毛细管电泳;检测及鉴定技术通常有核磁共振、质谱(一般质谱、时间飞行质谱、傅立叶变换离子回旋加速器质谱)、光谱(紫外、红外、荧光)、电化学等。代谢组分析技术便是由分离技术、检测及鉴定技术的不同组合构成。不同的代谢组分析技术有其各自的特点和用途，目前比较常用的有:核磁共振、气相色谱和质谱联机、液相色谱和质谱联机、毛细管电泳和质谱联机。工作中应根据实际要求的不同而选择最合适的分析方法，以得到最佳结果。在毒理学中运用最多的是NMR技术。
1.4 数据分析、处理
代谢组分析所采集到的数据是大量的、多维的，包括所分析对象的大小、数量、基团、挥发性、荷电性、电迁移率、极性等。为了充分获取其中有用的信息，需要采取一系列的数学、化学计量学、统计学等方法。目前分析数据的主要方法有模式识别和基于理论的系统鉴定法，前者主要包括非监督方法(如聚类分析、主成分分析、自组织图等，该方法将来自不同靶器官毒性作用未知的数据或图谱进行分类，以建立具有不同生物标志特征的类)和监督方法(如非线性回归、判别式供能分析、遗传算法、遗传编程、前馈神经网络、支持载体机器、酵母共反应功能分析等，该方法将一个新的尚未分类的对象分派到几个已知类中的其中一个类中)，后者包括非线性动力学、化学动力学和代谢控制分析。研究者还采用多种方法实现代谢组数据的可视化。分析代谢组数据的最终目的在于建立相关数据库、模型、专家系统，以便在药物的发现到开发阶段用代谢组学的方法来评价其毒性，缩
短药物的研发时间，减少损失。
优势与不足
该方法优势主要体现在:①高通量，单个样品的检测时间5-10秒，可以检测96孔板上的样品;②无损伤，由于所检测的体液主要是尿液，无需静脉穿刺和提取活检组织;③所得到的信息量巨大，代谢组学提供的是整个机体功能统一性的信息。但是目前其不足也很明显，主要体现在: ①分析手段有限，尚无任何一个分析技术能够同时对所有代谢物进行分析;②检测所需的仪器设备价格昂贵、操作人员的专业性
很强，一般的实验室难以开展此项工作;③尚无有效的数据分析手段将所得到的全部信息进行分析和解释;④数据库尚没有建立;⑤缺乏代谢产物数据的标准值;⑥当机体的生理和药理效应超敏时，受试物即使没有相关毒性，也可能引起明显的代谢变化，导致假阳性结果;⑦体液的选择局限:如进行神经病理学研究时不能以尿液替代脑脊液;引起混合毒性的化学物，便不好选择代表性体液。
代谢组学这门新兴学科发展迅速且应用广泛。自1999年诞生以来，代谢组学的研究论文数一直以指数的方式增长;高影响因子学术刊物上发表的论文数量较多，仅Nature系列刊物论文就达20余篇，核心论文引用率高，其中引用50次以上的有50多篇、100次以上的有1篇，单篇最高引用次数达到340余次(来自WOS，截至2007年3月31日);新方法的出现日新月异和应用范围广泛并不断增加;仪器和分析技术的快速发展为代谢组学的进步提供了更加广阔的空间，也就带来了更多的机会和挑战。磁场强度的不断提高使核磁代谢谱分辨率逐步提高，超低温探头的完善让NMR的检测灵敏度有了相当程度的提高。自动化技术的使用不断提高了代谢组检测通量，极大地缩短了大批量样品的检测时间。新的数据处理和运算方法的快速发展，提高了数据挖掘分析的速度和效率。以“统计全相关理论”和“波谱集成理论”为基础的NMR一MS相关谱学方法[27l的诞生为新的代谢组学方法提供了新的发展空间。
代谢物组学之所以能在毒理学研究中发挥巨大作用，是因为反映毒理的信息在生物体的代谢过程中能全面地表现出来。当毒物与细胞
或者组织相互作用的时候，会引起生命体内关键代谢过程中内源性物质的比例、浓度的波动变化。该变化又可以分为两种情况:当毒物作用轻微时，细胞本身会尝试通过改变与细胞进行交换的体液组成来保证体内环境的动态平衡并进行代谢调控;当毒物与细胞的作用剧烈时，细胞的凋亡导致了生物功能和体内动态平衡的彻底丧失，由此在生物体液中出现明显的毒物生物标志物的改变。由此可见，在任何一种情况下，生物代谢的变化都会通过体液组成的变化反映出来，根据这个原理，研究者就能通过测定这种变化，得到关于外源化合物与生物体作用的位点、强弱、效果以及机理的全面信息。这也使找到与某一外源化合物相对应的生物标记物显得尤为重要。
代谢组学研究中存在的问题
代谢组学在广泛应用的同时，也存在着明显的不足。具体为：1.对某一物种、某个组织或其细胞中所有的代谢途径中的所有代谢产物同时进行全面的高通量的定性和定量分析，在理论上行得通，但没有任何一种分析技术能够同时对代谢组中的所有化合物进行分析。2.代谢组学可得到大量信息，如何处理、分析及解释这些信息是一个艰巨的技术难题。3.如何把代谢组学数据和转录组学、蛋白质组学、遗传学、酶学、代谢途径和表现型分析的数据整合在一起，并给出生物学功能的解释，将是最大的挑战。4.各种生理因素，如饮食、健康状态、年龄、昼夜节律、压力、遗传变异和动物品系均可影响生物标本的代谢成分，如何准确区分代谢图谱的改变是生理学影响还是病理学改变也是一个难题。5.当机体的生理和药理效应超敏时，受试物即使
没有相关毒性，也可能引起明显的代谢变化，导致假阳性结果。
未来及展望
代谢组学正处于快速发展的阶段，日益成为研究的热点。高通量、高分辨率的分析技术与生物信息学相整合，对生物代谢层面进行研究，提供了了解生物体的独特视角，也必将在药物开发、临床诊断和预防及营养科学等方面发挥越来越大的作用。代谢组学技术与基因组学和蛋白质组学数据结合时，将会成为一种有力的工具。因为它们之间具有互补性，整合在一起可以比它们各自本身提供更多的信息。在国内，代谢组学的研究刚刚开始，还有很多艰苦的理论和技术问题需要在实际应用中不断完善和提高。
参考文献
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李伶,颜贤忠.代谢组学在毒理学中的应用进展[J].军事医学科学院院刊,2007,2(31):183-186
麻醉药物基因组学进展
麻醉药物基因组学进展 本文对药物基因组学的基本概念和常用麻醉药的药物基因组学研究进 展实行综述。 药物基因组学是伴随人类基因组学研究的迅猛发展而开辟的药物遗传 学研究的新领域，主要阐明药物代谢、药物转运和药物靶分子的基因 多态性及药物作用包括疗效和毒副作用之间关系的学科。 基因多态性是药物基因组学的研究基础。药物效应基因所编码的酶、 受体、离子通道作为药物作用的靶，是药物基因组学研究的关键所在。基因多态性可通过药物代谢动力学和药物效应动力学改变来影响麻醉 药物的作用。 基因多态性对药代动力学的影响主要是通过相对应编码的药物代谢酶 及药物转运蛋白等的改变而影响药物的吸收、分布、转运、代谢和生 物转化等方面。与麻醉药物代谢相关的酶有很多，其中对细胞色素- P450家族与丁酰胆碱酯酶的研究较多。基因多态性对药效动力学的影 响主要是受体蛋白编码基因的多态性使个体对药物敏感性发生差异。 苯二氮卓类药与基因多态性：咪唑安定由CYP3A代谢，不同个体对咪 唑安定的清除率可有五倍的差异。地西泮是由CYP2C19和CYP2D6代谢，基因的差异在临床上可表现为用药后镇静时间的延长。 吸入麻醉药与基因多态性：RYR1基因变异与MH密切相关，现在已知 至少有23种不同的RYR1基因多态性与MH相关。氟烷性肝炎可能源于 机体对在CYP2E1作用下产生的氟烷代谢产物的一种免疫反应。 神经肌肉阻滞药与基因多态性：丁酰胆碱酯酶是水解琥珀酰胆碱和美 维库铵的酶，已发现该酶超过40种的基因多态性，其中最常见的是被 称为非典型的（A）变异体，与用药后长时间窒息相关。 镇痛药物与基因多态性：μ-阿片受体是阿片类药的主要作用部位， 常见的基因多态性是A118G和G2172T。可待因和曲马多通过CYP2D6代
能量代谢调控-下丘脑食欲调节神经肽综述
能量代谢的调控－下丘脑食欲调节神经肽 2006-12-8 9:31:00 来源：中华首席医学网频道： 随着肥胖在全球的广泛流行，人们对能量代谢调控的认识也越来越深入。下丘脑作为摄食中枢在能量代谢的调控过程中起着重要的作用，目前所发现的各种增强食欲的神经肽和降低食欲的神经肽在人类长期形成的食欲调节网络中都扮演了非常重要的角色。然而，这个在人类长期与饥饿斗争的进化过程中形成的食欲调节网络，在物质极大丰富的今天却暴露了它的不足和缺陷——即促进能量储存和减少能量消耗的作用要远远大于减少能量储 存和促进能量消耗的作用。正是在这种古老的遗传和现代的环境条件下，肥胖的流行才让人们感受到束手无策，毕竟，要改变遗传和环境的影响需要一个长期的进化和文明。但是，科学技术的高速发展，尤其是生物基因工程技术的发展使我们看到了根治肥胖的曙光。因此，我们有必要对能量代谢调控的机制深入的了解以加快肥胖治疗的步伐，这也是这篇综述的目的。 1 增加食欲的神经肽 1.1神经肽Y（NPY）NPY最早是在1982年被分离出来的［1］，是一个由36个氨基酸组成的高度保守的多肽，是摄食最强的刺激因子。其神经元在下丘脑弓状核（ARC）表达并有神经纤维投射到室旁核（PVN）、腹内侧核（VMH）及下丘脑外侧区（LH）形成神经环路。NPY共有6种受体亚型，与摄食关系最密切的是Y1和Y5受体，Y2可能也参与能量调控作用。 ARC神经元在禁食、运动量增加、寒冷及妊娠等需要能量的情况下，NPY合成增加。应用肾上腺皮质激素也可使NPY合成增加，因为肾上腺皮质激素的分泌增加，其实质是机体应急时需要能量，尤其是需要保证葡萄糖的利用。肾上腺皮质激素通过与Ⅱ型糖皮质激素受体结合刺激NPY基因表达增加，同时葡萄糖异生、糖原分解作用均增强以保证碳水化合物的利用［2］。 ghrelin是从胃分泌的一种激素，是生长激素释放激素受体（GHR-S）的内源性配体［3］。与肾上腺皮质激素相似，其分泌增加提示能量缺乏并影响NPY表达。在空腹及想吃肉时ghrelin分泌增加，而在肥胖患者或进食高脂肪食物后其分泌减少［4］。在幼年易肥胖大鼠ghrelin水平及ARC的GHS-R mRNA的表达减少。脑内注射ghrelin可以增加食欲及PVN的c－Fos神经原免疫活性，提示其任务是恢复能量亏空及改善瘦素引起的厌食。小剂量的外周或中枢给予ghrelin均可刺激摄食增加体重并通过减少脂质的利用而增加机体脂肪的含量。由于只有将ghrelin注射到ARC的NPY神经原附近使NPY的表达增加，其增加摄食的作用才表现出来，且这种作用可以被NPY抗体或拮抗剂所阻断，提示NPY可能介导了ghrelin的刺激摄食作用。但是在NPY基因敲除小鼠［5］，ghrelin受体激动剂的反映正常提示，ghrelin可能尚有其他的作用途径。 与肾上腺皮质激素及ghrelin相反，瘦素和胰岛素则是外周提示能量充足的信号［6］，它们通过饱和传输机制（saturable transport mechanism）进入脑内，经特殊的受体起到调节摄食和能量平衡的作用。经脑内注射瘦素及胰岛素研究发现，其作用的位点也是ARC，可以产生减少摄食、降低体重及脂肪量、刺激能量消耗和激活交感神经系统的作用。同时也发现NPY的表达降低，因此认为瘦素及胰岛素作用在弓状核NPY神经原上瘦素及胰岛素受体，引起NPY减少达到减少摄食及降低体重的作用。然而令人感叹的是这种瘦素的抑制作用在正常体重的易肥胖大鼠却显得非常微弱，而一旦短暂禁食则NPY的刺激摄食的作用又风采依旧，这或许符合人们常
生物化学-考试知识点_3脂质代谢
脂类代谢一级要求单选题 1 2 3 下列对血浆脂蛋白描述,哪一种不正确? A是脂类在血浆中的存在形式 B C D E 是脂类在血浆中的运输形式 是脂类与载脂蛋白的结合形式 脂肪酸-清蛋白复合物也是一种血浆脂蛋白 可被激素敏感脂肪酶所水解 E 用电泳法或超速离心法可将血浆脂蛋白分为四类,它们包括: A B C D E CM+α-脂蛋白+β-脂蛋白+高密度脂蛋白(HDL) CM+β-脂蛋白+α-脂蛋白+低密度脂蛋白(LDL) CM+α-脂蛋白+前β-脂蛋白+HDL CM+β-脂蛋白+前β-脂蛋白+HDL CM+β-脂蛋白+前β-脂蛋白+极低密度脂蛋白(VLDL) D 对于下列各种血浆脂蛋白的作用,哪种描述是正确的? A B C D E CM主要转运内源性 TG VLDL主要转运外源性 TG HDL主要将Ch从肝内转运至肝外组织 中间密度脂蛋白(IDL)主要转运 TG LDL是运输Ch的主要形式 E 4 5 6 7 8 胰高血糖素促进脂肪动员,主要是使: A C E LPL活性增高 B D DG脂肪酶活性升高 MG脂肪酶活性升高 TG脂肪酶活性升高 组织脂肪酶活性升高 C 控制长链脂肪酰辅酶A进入线粒体氧化速度的因素是: A脂酰辅酶A(CoA)合成酶活性 B D ADP含量 C E 脂酰CoA脱氢酶的活性 HSCoA的含量 肉毒碱脂酰转移酶的活性 D 脂肪酸的β-氧化需要下列哪组维生素参加? A维生素B1+维生素B2+泛酸 B D 维生素B12+叶酸+维生素B2 生物素+维生素B6+泛酸 C E 维生素B6+泛酸+维生素B1 维生素B2+维生素PP+泛酸 E 脂肪酸进行β-氧化前,必需先活化转变为脂酰CoA,主要是因为: A脂酰CoA水溶性增加 B D 有利于肉毒碱转运 C E 是肉毒碱脂酰转移酶的激活作为脂酰CoA脱氢酶的底物激活物 作为烯脂酰CoA水合酶的底物 D 下列哪种描述不适合于脂肪酸的β-氧化? Aβ-氧化是在线粒体中进行的 B C D E β-氧化的起始物是脂酰 CoA β-氧化的产物是乙酰 CoA β-氧化中脱下的二对氢给黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)及辅酶II(NADP+) 每经一次β-氧化可产生5摩尔三磷酸腺苷(ATP) D
第十四章 代谢调节综述
第十四章代谢调节综述 知识点： 一、细胞水平的代谢调节：代谢途径的区域化，酶活力的非共价修饰调节，酶活力的共价修饰调节，酶量的调节 二、激素水平的代谢调节：激素的化学本质，激素的两类受体，激素的作用特点， 三、常见代谢途径及相互影响：关键交叉位点， 名词解释：区域化、别构调节、别构激活剂、别构抑制剂、共价修饰调节、第二信使，酶的级联系统酶的共价修饰反馈抑制诱导酶组成酶 填空题 1．酶促化学修饰的特点有：（1）除黄嘌呤氧化酶外，属于这类调节方式的酶都有两种形式。（2）化学修饰会引起酶分子的变化。而且，其是酶促反应，故有效应。（3）是最常见的酶促化学修饰反应，一般是耗能的。 2．细胞内酶的数量取决于和。 3．许多代谢途径的第一个酶是限速酶，终产物多是它的，对它进行，底物多为其。 选择题 1．各种分解途径中，放能最多的途径是： A、糖酵解 B、三羧酸循环 C、 —氧化 D、氧化脱氨基 2．下面关于共价修饰调节酶的说法哪个是错误的？ A、共价修饰调节酶以活性和无活性两种形式存在 B、两种形式之间由酶催化共价修饰反应相互转化 C、经常受激素调节、伴有级联放大效应 D、是高等生物独有的调节形式 3．指出下列有关限速酶的论述哪个是错误的？ A、催化代谢途径的第一步反应多为限速酶 B、限速酶多是受代谢物调节的别构酶 C、代谢途径中相对活性最高的酶是限速酶，对整个代谢途径的速度起关键作用 D、分支代谢途径中的第一个酶经常是该分支的限速酶 是非题 1．蛋白激酶和蛋白磷酸酶对蛋白质进行磷酸化和去磷酸化的共价修饰是真核细胞代谢的重要方式。 2．共价修饰调节酶被磷酸化后活性增大，去磷酸化后活性降低。 3．别构酶又称变构酶，催化反应物从一种构型转化为另一种构型。 4．固化酶的缺点是稳定性不如天然酶。 5．细胞内区域化在代谢调节上的作用，除把不同的酶系统和代谢物分隔在特定区间外，还通过膜上的运载系统调节代谢物、辅助因子和金属离子的浓度。 6．组成酶是细胞中含量较为稳定的酶。 7．诱导酶是指当特定诱导物存在时产生的酶，这种诱导物往往是该酶的产物。 问答题：
代谢组学——广泛靶向代谢组
一、研究概述 20世纪80年代，英国帝国理工大学Nicholson教授首次提出了代谢组学的概念，被誉为“国际代谢组学之父”。2005年，加拿大基因委员会投资750万美元创建了“人类代谢组计划”(HMP)，最终构建了HMDB代谢组数据库。在这十年来，代谢组学检测技术也经历了由核磁(NMR)转向气质联用(GCMS)再到液质联用(LCMS)的发展历程，检测结果的有效信息量也有了10倍的提升。代谢组学相较于其他组学的优势在于：（1）据估计，人类含有约6500种小分子代谢物，尽管新的和更灵敏的测量技术正逐步揭示更多的化学物种，然后代谢物的数量仍然可能比在人类中发现估计的25000个基因、100000个转录组和1000000个蛋白质少；（2）代谢组检测的是基因组、转录组和蛋白组的可变性下游表型，从而可以提供高度整合的生物学状态概况；（3）代谢组学是一种精确和无创的工具，用于识别药物治疗作用和可能的毒理学效应，并分离遗传学、微生物活性和营养对整体代谢表型的作用 二、广泛靶向代谢组 目前，代谢组学的研究主要包括靶向代谢组和非靶向代谢组。靶向代谢组（Targeted metabolomics）：少数已知代谢物定性和定量检测，具有灵敏度高、定性定量准确的特点；非靶向代谢组（Untargeted metabolomics）：同时检测数百乃至数千种代谢物（包括已知和未知代谢物），但其灵敏度较之靶向代谢组低1-2个数量级，定性定量准确性也相对较差。今天小编介绍的就是一种整合了非靶向和靶向代谢物检测技术优点的新型代谢组检测技术——广泛靶向代谢组（Widely Targeted Metabolome）。 广泛靶向代谢组（Widely Targeted Metabolome）作为第二代或者新一代靶向代谢组（Next Generation Metabolome）技术，区别于现有代谢物检测方法，该技术平台建立了LC-MS/MS代谢物标品数据库，整合了非靶向和靶向代谢物检测技术的优点，可以检测覆盖18大类，2500多个代谢物，实现了高通量、高灵敏、广覆盖的靶向代谢物检测。广靶技术作为一项核心专利技术，早于2013在《Molecular Plant》（IF：9）杂志上发表题为《A Novel Integrated Method for
代谢组学的数据分析技术
代谢组学的数据分析技术 摘要：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。先进分析检测技术结合模式识别和专家系统等计算分析方法是代谢组学研究的基本方法。文章主要综述了将代谢组学中的图谱、数据信息转换为相应的参数所采用的分析方法。 关键词：代谢组学；数据分析方法 代谢组学是以代谢物分析的整体方法来研究功能蛋白如何产生能量和处理体内物质，评价细胞和体液内源性和外源性代谢物浓度及功能关系的新兴学科，是系统生物学的重要组成部分，其相应的研究能反映基因组、转录组和蛋白组受内外环境影响后相互协调作用的最终结果，更接近反映细胞或生物的表型，因此被越来越广泛地应用。而代谢组学的数据分析包括预处理和统计分析方法，多元统计分析方法主要分为两大类：非监督和监督方法，非监督方法包括主成分分析PCA；聚类分析CA等；监督方法包括显著性分析、偏最小二乘法等，本文就是主要综述代谢组学图谱信息转化为参数信息所采用的数据分析方法。 1预处理 数据的预处理过程包括以下：谱图的处理；生成原始的数据矩阵；数据的归一化以及标准化处理过程。针对实验性质、条件以及样品等因素采用不同的预处理方法。在实际应用过程中，预处理可以通过实验系统自带的软件如XCMS软件。进行，因此一般较容易获得所需的数据形式。 2数据分析方法 2.1 主成分分析PCA是多元统计中最常用的一种方法，它是在最大程度上提取原始信息的同时对数据进行降维处理的过程，其目的是将分散的信息集中到几个综合指标即主成分上，有助于简化分析和多维数据的可视化，进而通过主成分来描述机体代谢变化的情况。PCA 的具体过程是通过一种空间转换，形成新的样本集，按照贡献率的大小进行排序，贡献率最大的称为第一主成分，依次类推。经验指出，当累计贡献率大于85％时所提取的主成分就能代表原始数据的绝大多数信息，可停止提取主成分。在代谢组数据处理中，PCA是最早且广泛使用的多变量模式识别方法之一。，具有不损失样品基本信息、对原始数据进行降维处理的同时避免原始数据的共线性问题等优点，但在实际应用过程中，PCA存在着自身的缺点[1]：离群样本点的存在严重影响其生物标志物的寻找；非保守性的代谢组分扰乱正确的分类以及尺度的差异影响小浓度组分的表现等，其他的问题之前也有讨论[2]。针对PCA 的缺陷采用了不同的改进措施，与此同时，为了简化计算，侯咏佳等[3]。提出了一种主成分分析算法的FPGA实现方案，通过Givens算法和CORD IC算法的矢量旋转，用简单的移位和加法操作来实现协方差矩阵的特征分析，只需计算上三角元素，因此计算复杂度小、迭代收敛速度快。 2.2 聚类分析CA是用多元统计技术进行分类的一种方法。其主要原理是：利用同类样本应彼此相似，相类似的样本在多维空间里的彼此距离应较小，而不同类的样本在多维空间里的
生物必修一知识点复习提纲完整版
第一章走进细胞 第1节从生物圈到细胞 1.病毒没有细胞结构，必须依赖活细胞才能生存。 2.生命系统结构层次：细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统、生物圈。 [血液：组织][皮肤：器官][植物没有系统结构] [组织——①人：结缔、肌肉、神经、保护②植物：保护、疏导、营养、分生] 3.细胞是除病毒外的生物体结构和功能的基本单位。（还是代谢和遗传的基本单位） 4.单细胞生物：单个细胞就能完成各种生命活动; 多细胞生物：依赖各种分化的细胞密切合作，共同完成一系列复杂的生命活动。 [代谢：生物与环境间物质和能量的交换;增殖、分化：生长发育;基因的传递和变化：遗传和变异] 5.各种生物的生命活动都是在细胞内或细胞参与下完成的。 第2节细胞的多样性和统一性 ◎显微镜 1.高倍镜：“不要动粗” 2.高倍镜视野暗，低倍镜视野亮 *3.物镜：有螺纹。镜筒越长，放大倍数越大。 目镜：无螺纹。镜筒越短，放大倍数越大。 4.放大倍数=物镜放大倍数×目镜放大倍数 *5.①一行细胞数目计算方法：个数×放大倍数的倒数=最后看到的细胞数。 （如：在目镜10×，物镜10×的视野中有一行细胞，数目是20个，目镜不换，物镜换成40×那么在视野中能看见多少个细胞： 答：20×?=5） ②圆形视野范围细胞的数目计算方法：个数×放大倍数的倒数2=最后看到的细胞数。 一、原核细胞和真核细胞（有无以核膜为界限的细胞核） 1.原核生物：细菌（球、杆、螺旋菌、乳酸菌）、衣原体、蓝藻、支原体（没有细胞壁，最小的细胞生物）、放线菌、立克次氏体 真核生物：植物、动物、真菌（蘑菇、酵母菌、霉菌、大型真菌） 病毒非真非原 [蓝藻：发菜、颤藻、念珠藻、蓝球藻。蓝藻没有成型的细胞核，有拟核——环状DNA分子 蓝藻细胞质：含蓝藻素和叶绿素，就能进行光合作用（自养生物），还含有核糖体]
氯吡格雷药物基因组学及个体化治疗研究进展与展望
·944· 中华老年多器官疾病杂志 2013年12月28日 第12卷 第12期 Chin J Mult Organ Dis Elderly, Vol.12, No.12, Dec 28, 2013 收稿日期: 2013?06?18; 修回日期: 2013?07?18 基金项目: 国家自然科学基金面上项目（30971259，30570736/C03030201）; 解放军总医院临床扶持基金（2012FC-TSYS-3042） 通信作者: 卢才义, E-mail: cylu2000@https://www.360docs.net/doc/208836897.html,; 尹 彤, E-mail: yintong2000@https://www.360docs.net/doc/208836897.html, ·综 述· 氯吡格雷药物基因组学及个体化治疗研究进展与展望 张蓝宁，卢才义*，尹 彤* （解放军总医院老年心血管病研究所，北京 100853） 【摘 要】通过与阿司匹林联合应用，氯吡格雷已经成为治疗急性冠脉综合征和预防经皮冠状动脉介入术后支架内 血栓形成和再发缺血事件的经典口服抗血小板药物。尽管如此，氯吡格雷抗血小板的反应性和疗效存在显著的个体间差异。近年来的研究证实，除临床环境因素外，遗传变异是导致氯吡格雷抗血小板反应性个体间差异的重要因素之一。多项大规模临床药物基因组学研究发现，参与氯吡格雷代谢的关键酶——CYP2C19功能缺失型等位基因与氯吡格雷治疗期间高血小板反应性及心血管一级缺血终点事件的发生密切相关。另外，与氯吡格雷代谢相关的其他基因变异型也被证实可能与氯吡格雷抗血小板反应性及不良心血管事件相关。在此基础上，利用药物基因组学基因型检测指导氯吡格雷个体化抗血小板治疗，可能部分克服氯吡格雷治疗期间的高血小板反应性，但研究结果之间仍存在争议，尚需深入研究以提供更有力的证据。除此之外，未来有必要进一步深入研究基因型检测联合血小板功能监测共同指导氯吡格雷抗血小板个体化治疗的效果。 【关键词】氯吡格雷；遗传药理学；CYP2C19；血小板反应性；心血管缺血事件；个体化医学 【中图分类号】 R541.4 【文献标识码】 A 【DOI 】 10.3724/SP.J.1264.2013.00239 Pharmacogenomics and individualized therapy of clopidogrel: evidence and perspectives ZHANG Lan-Ning, LU Cai-Yi *, YIN Tong * (Institute of Geriatric Cardiology, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China) 【Abstract 】 Dual antiplatelet therapy with aspirin and clopidogrel is the standard care to prevent stent thrombosis and recurrent ischemic events after acute coronary syndrome or stent placement. However, there is a large inter-individual variability in biological anti-platelet responsiveness and clinical outcomes in patients after clopidogrel treatment. Apart from clinical and environmental factors, recently accumulated evidence strongly confirms the pivotal role of genetic factors for the variability of clopidogrel responsiveness. Several large-scale pharmacogenomic studies found that the loss-of-function alleles of CYP2C19 and the key enzyme in clopidogrel metabolism are the predominant genetic mediators of low clopidogrel responsiveness and recurrent cardiovascular events. Other genetic polymorphisms related with clopidogrel metabolism may also contribute to the variability of clopidogrel efficacy. On the basis of these observations, it is still in controversy whether CYP2C19-genotype-guided individualized clopidogrel therapy could overcome the high on-treatment platelet reactivity to clopidogrel. In the future, it is necessary to combine genotyping and platelet function testing to guide the individualized clopidogrel therapy. 【Key words 】 clopidogrel; pharmacogenetics; CYP2C19; platelet function; cardiovascular ischemic events; individualized medicine This work was supported by the General Program of National Natural Science Foundation of China (30971259, 30570736/C03030201) and the Supporting Fund of People’s Liberation Army General Hospital (2012FC-TSYS-3042). Corresponding author: LU Cai-Yi, E-mail: cylu2000@https://www.360docs.net/doc/208836897.html,; YIN Tong, E-mail: yintong2000@https://www.360docs.net/doc/208836897.html, 通过与阿司匹林联合应用，氯吡格雷（clopidogrel ）已经成为治疗急性冠脉综合征（acute coronary syndrome ，ACS ）和预防经皮冠状动脉介入（percutaneous coronary intervention ， PCI ）术后支架内血栓形成和再发缺血事件的经典口服抗血小板药物[1,2]， 但氯吡格雷抗血小板反应性和疗效存在显著的个体差异。除临床环境因素外，基因多态性在其中起了重要作用。多项大
生物化学糖代谢知识点总结
各种组织细胞 体循环小肠肠腔 第六章糖代谢 糖(carbohydrates)即碳水化合物，是指多羟基醛或多羟基酮及其衍生物或多聚物。 根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类： 单糖：葡萄糖（G ）、果糖（F ），半乳糖（Gal ），核糖 双糖：麦芽糖（G-G ），蔗糖（G-F ），乳糖（G-Gal ） 多糖：淀粉，糖原（Gn ），纤维素 结合糖: 糖脂 ，糖蛋白 其中一些多糖的生理功能如下： 淀粉：植物中养分的储存形式 糖原：动物体内葡萄糖的储存形式 纤维素：作为植物的骨架 一、糖的生理功能 1. 氧化供能 2. 机体重要的碳源 3. 参与组成机体组织结构，调节细胞信息传递，形成生物活性物质，构成具有生理功能的糖蛋白。 二、糖代谢概况——分解、储存、合成 三、糖的消化吸收 食物中糖的存在形式以淀粉为主。 1.消化消化部位：主要在小肠，少量在口腔。 消化过程：口腔 胃肠腔肠黏膜上皮细胞刷状缘 吸收部位：小肠上段 吸收形式：单糖 吸收机制：依赖Na+依赖型葡萄糖转运体（SGLT ）转运。 2.吸收吸收途径：
第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧 第三阶段：三羧酸循环 第四阶段：氧化磷酸化 CO 2 NADH+FADH 2 H 2 O [O] TAC 循环 ATP ADP 变 五、糖的有氧氧化 1、反应过程 -1 NAD + 乳 酸 NADH+H + 调节方式 ① 别构调节 ② 共价修饰调 第一阶段：糖酵解途径 G （Gn ） 丙酮酸乙酰CoA 胞液 线粒体
○1糖酵解途径（同糖酵解，略） ②丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA (acetyl CoA)。 总反应式: ③乙酰CoA 进入柠檬酸循环及氧化磷酸化生成ATP 概述：三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TAC )也称为柠檬酸循环或 Krebs 循环，这是因为循环反应中第一个中间产物是含三个羧基的柠檬酸。它由一连串反应组成。 反应部位：所有的反应均在线粒体(mitochondria)中进行。 涉及反应和物质：经过一轮循环，乙酰CoA 的2个碳原子被氧化成CO 2；在循 环中有1次底物水平磷酸化，可生成1分子ATP ；有4次脱氢反应，氢的接受体分别为NAD +或FAD ，生成3分子NADH+H+和1分子FADH2。 总反应式：1乙酰CoA + 3NAD + + FAD + GDP + Pi + 2H 2O2CO 2 + 3（NADH+H + ） + FADH 2 + CoA + GTP 特点：整个循环反应为不可逆反应 生理意义：1. 柠檬酸循环是三大营养物质分解产能的共同通路 。 2. 柠檬酸循环是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽。 丙酮酸乙酰CoA + + 丙酮酸脱氢酶复合体
人参皂甙体内代谢综述
人参皂甙体内代谢综述 方松 学号：201261930 人参又名人衔、棒锤，首载于《神农本草经》，被列为上品。系五加科植物人参Pana ginseng C．A．Mey．的干燥根。在我国的医药学中应用广泛，素有“中药之王”之称。主要产于吉林省长白山一带，是我国“东北三宝”之一。具有抗肿瘤、降血脂、促进细胞再生等多种生理活性。现就人参皂甙在体内代谢作简要综述。 1、人参皂甙分类 现代研究表明，人参中含有人参皂甙、多种氨基酸、糖类、低分子肽类、脂肪酸、有机酸、维生素B、维生素C、菸酸、胆碱、果胶、微量元素等。皂甙是人参生物活性的物质基础，从其皂甙元母核结构上主要分为以下三大类：（1）以原人参三醇为母体的糖甙，以Rg1为代表，为人参的主要成分。（2）以原人参二醇为母体的糖甙，以Rb1为代表，为西洋参的主要成分。（3）以齐墩果醇酸为母体结构的五元环皂甙Ro。 2、人参皂甙的药理活性 （1）对中枢神精系统的双向调节作用：人参能加强大脑皮质的兴奋过程和抑制过程，使兴奋和抑制二种过程达到平衡，使由于紧张造成紊乱的神经过程得以恢复，人参皂甙小剂量主要表现为对中枢的兴奋作用，大剂量则转为抑制作用。从人参所含的有效成分分折、人参皂甙Rb类有中枢镇静作用Rg类有中枢兴奋作用。 （2）人参的适应原样作用：人参对物理的、化学的、生物的各种有害刺激有非特异性的抵抗能力，可以使紊乱的机能恢复正常、主要表现为对血压、肾上腺、甲状腺机能和血糖等方面的双向调节作用。 （3）对免疫功能的用作：人参能增强机体的免疫功能。 在临床上人参主要用于休克、冠心病、心律失常、贫血、白细胞减少症、充血性心力衰竭，还常用于慢性阻塞性肺病、糖尿病、肿瘤、血小板减少性紫癜、早衰、记忆力减退等辅助治疗。 3、Rg1的体内代谢 早在1983年，日本学者Odani等在无菌大鼠灌胃实验中发现，原人参三醇型皂甙Rg1
药物基因组学相关数据库
药物基因组学数据库 1、Drugbank 2、dgidb 3、pharmGKB 4、cancercommon 5、ChEMBL 6、mycancergenome 7、TTD 8、guidetopharmcology 9、clearityfoundation 10、CIViC https://https://www.360docs.net/doc/208836897.html,/#/home 11、DoCM https://www.360docs.net/doc/208836897.html,/ 1 Drugbank 药物和药物靶标资源库。DrugBank是一个独特的生物信息学/化学信息学资源，它结合了详细的药物（例如化学制品）数据和综合的药物靶点（即：蛋白质）信息。该数据库包含了超过4100个药物条目，包括超过800个FDA认可的小分子和生物技术药物，以及超过3200个试验性药物。此外，超过1.4万条蛋白质或药物靶序列被链接到这些药物条目。每个DrugCard条目包含超过80个数据域，其中一半信息致力于药物/化学制品数据，另一半致力于药物靶点和蛋白质数据。许多数据域超链接到其他数据库（KEGG、PubChem、ChEBI、Swiss-Prot和GenBank）和各种结构查看小应用程序。该数据库是完全可搜索的，支持大量的文本、序列、化学结构和关系查询搜索。DrugBank的潜在应用包括模拟药物靶点发现、药物设计、药物对接或筛选、药物代谢预测、药物
相互作用预测和普通药学教育。DrugBank可以在http://www.drugbank.ca 使用。广泛应用于计算机辅助的药物靶标的发现、药物设计、药物分子对接或筛选、药物活性和作用预测等。 在查询中，每一种药物对应1个DrugCard，即我们所得到的检索结果。每一个DrugCard都包含的数据信息分为药物、靶标和酶三部分。 药物信息包括了该药物的CAS号、商品名、分子式、分子量、SMILES、2D 和3D结构、logP、logS、pKa、熔点、吸收性、Caco-2细胞穿透性、药物类别和临床使用、性质描述、剂型与给药途径、半衰期、体内的生物转化、毒性、作用于哪些生物体、食物对服用的影响、与其它药物的相互作用、作用机理、代谢途径、药理学特征、与蛋白质的结合情况、溶解度、物质形态、同义词、关于合成的相关文献等，还与ChEBI、GenBank、PubChem等外部数据库有链接。 靶标的信息包括ID、名称、靶标基因的名称、蛋白质序列、残基数目、分子量、等电点、功能和活性、参与的代谢途径和反应、体内分布、靶标信号、跨膜区域、靶标基因序列及其在GenBank、HGNC等外部数据库中的ID和链接、参考文献，以及在GenBank和Swiss-Prot中的链接。 酶的信息包括名称、蛋白质序列、基因名称、在Swiss-Prot 等数据库中的链接。 在DrugBank的主界面上，在Browse菜单下可以浏览数据库的内容，其中PharmaBrowse为用户提供了分类浏览的功能。这为药剂师、医生以及寻找潜在药物的研究人员提供了方便。在Search下拉菜单下，就是Drug Bank的4类检索方式。ChemQuery允许用户通过绘制结构图或书写SMILES、分子式进行结构搜索。在检索过程中还可以对搜索药物类型、分子量范围、搜索结果相似度、结果数量最大值等进行设置。TextQuery则为文本检索功能。文本检索支持逻辑运算符连接及在特定领域内搜索。例如，在“dextromethorphan”中检索混合物，可以键入“mixtures：dextromethorphan”，即用分号在后面输入领域，同时可以加入逻辑运算符，例如，在“dextrome thorphan”和“doxylamine”2个领域进行检索，可以键入“mixtures:dextromethorphan AND mixtures:doxylamine”。SeqSearch为用户提供了通过序列检索蛋白质的功能。Data Extractor是1
(整理)代谢调节综述
一、 A 型题 1. 下列描述体内物质代谢的特点，哪项是错误的？ (A) 各种物质在代谢过程中是相互联系的 (B) 内源性和外源性物质在体内共同参与代谢 (C) 体内各种物质的分解、合成和转变维持着动态平衡 (D) 物质的代谢速度和方向决定于生理状态的需要 (E) 进人人体的能源物质超过需要，即被氧化分解 2. 关于糖、脂、氨基酸代谢错误的是 (A) 糖、脂不能转变为蛋白质 (B) 三羧酸循环是糖、脂、氨基酸分解代谢的最终途径 (C) 当摄人糖量超过体内消耗时，多余的糖可转变为脂肪 (D) 当摄人大量脂类物质时，脂类可大量异生为糖 (E) 乙酰CoA是糖、脂、氨基酸分解代谢共同的中间代谢物 3. 关于变构效应剂与酶结合的叙述正确的是 (A) 与酶活性中心底物结合部位结合 (B) 与酶活性中心催化基团结合 (C) 与调节亚基或调节部位结合 (D) 与酶活性中心外任何部位结合 (E) 通过共价键与酶结合 4. 饥饿可使肝内哪一条代谢途径增强？
(A) 糖原合成 (B) 糖酵解途径 (C) 糖异生 (D) 磷酸戊糖途径 (E) 脂肪合成 5. 胞浆内不能进行下列哪一代谢途径？ (A) 脂肪酸合成 (B) 磷酸戊糖途径 (C) 脂肪酸β一氧化 (D) 糖酵解 (E) 糖原合成与分解 6. 磷酸二羟丙酮是哪两种代谢之间的交叉点？ (A) 糖－氨基酸 (B) 糖－脂肪酸 (C) 糖－甘油 (D) 糖－胆固醇 (E) 糖－核酸 7. 长期饥饿时大脑的能量来源主要是 (A) 葡萄糖 (B) 氨基酸 (C) 甘油 (D) 酮体
(E) 糖原 8. 人体活动主要的直接供能物质是 (A) 脂肪酸 (B) 葡萄糖 (C) ATP (D) GTP (E) 磷酸肌酸 9. 作用于细胞内受体的激素是 (A) 类固醇激素 (B) 儿茶酚胺类激素 (C) 生长因子 (D) 肽类激素 (E) 蛋白类激素 10. 关于酶的化学修饰，错误的是 (A) 一般都有活性和非活性两种形式 (B) 活性和非活性两种形式在不同酶催化下可以互变 (C) 催化互变的酶受激素等因素的控制 (D) 一般不需消耗能量 (E) 化学修饰的方式多为肽链的磷酸化和脱磷酸 11. 酶化学修饰调节的主要方式是 (A) 乙酰化与去乙酰化 (B) 甲基化与去甲基
代谢组学研究进展综述
代谢组学技术及其在中医研究中的探讨 姓名：郭欣欣学号：22009283 导师：刘慧荣 代谢组学(metabonomics) 是20世纪90年代中期发展起来的一门新兴学科,是关于生物体系受刺激或扰动后(如将某个特定的基因变异或环境变化后) 其代谢产物(内源代谢物质) 种类、数量及其变化规律的科学。它研究的是生物整体、系统或器官的内源性代谢物质的代谢途径及其所受内在或外在因素的影响。常用的方法是检测和量化一个生物整体代谢随时间变化的规律;建立内在和外在因素影响下,代谢整体的变化轨迹,反映某种病理(生理) 过程中所发生的一系列生物事件。 1 代谢组学研究技术平台 代谢组学研究的技术平台包括以下几个部分:前期的样品制备,中期的代谢产物检测、分析与鉴定以及后期的数据分析与模型建立。 前期代谢组学研究常用的检测技术,一般不需要对标本行特别的分离、纯化等。但离体条件下,细胞或组织内的代谢状态可迅速改变,代谢物的质与量亦随之变化,为正确反映在体的真实信息,须立即阻断内在酶的活性。最为常用的是冰冻/液氮降温法及冷冻、干燥的保存技术,尽管如此,细胞间仍始终有一低水平的代谢活动,需尽量避免氧化等活化因素。 中期代谢产物的检测、分析与鉴定是代谢组学技术的核心部分,最常用的是NMR及质谱(MS)两种。 核磁共振技术是利用高磁场中原子核对射频辐射的吸收光谱鉴定化合物结构的分析技术,生命科学领域中常用的是氢谱( 1H NMR ) 、碳谱(13C NMR)及磷谱(31P NMR)三种。可用于体液或组织提取液和活体分析两大类。 NMR技术在代谢组学中的应用越来越广泛,它具有如下优点: ①无损伤性,不破坏样品的结构和性质; ②可在一定的温度和缓冲范围内进行生理条件或接近生理条件的实验; ③与外界特定干预相结合,研究动态系统中机体化学交换、运动等代谢产物的变化规律; ④实验方法灵活多样。但仪器价格及维护费用昂贵限制了该技术的进一步普及。 质谱技术是将离子化的原子、分子或是分子碎片按质量或是质荷比(m/e)大小顺序排列成图谱,并在此基础上,进行各种无机物、有机物的定性或定量分析。新的离子化技术则使质谱技术的灵敏度和准确度均有很大程度的提高。NMR技术与MS技术相比,各有其优缺点,需要在研究中灵活选用。总体而言,NMR技术应用的更为广泛。此外,根据代谢组学的研究需要,还常用于其他的一些分析技术,如气相色谱(GC) ,高效液相色谱仪(HPLC) ,高效毛细管电泳(HPCE)等。它们往往与NMR或MS技术联用,进一步增加其灵敏性。但不容忽视的是,随着分析手段更新,敏感性及分辨率提高,“假阳性”的概率也就越大,可能是仪器技术方法固有的，亦或是数据分析过程中产生的。 后期代谢组学研究的后期需借助于生物信息学平台。它往往借助于一定的软件,联合多种数据分析技术,将多维、分散的数据进行总结、分类及判别分析,发现数据间的定性、定量关系,解读数据中蕴藏的生物学意义,阐述其与机体代谢的关系。如果说分析技术在我们面前打开了“一扇门”,正确的数据分析方法和模型建立便是“找到宝藏”的钥匙。 主成分分析法( PCA) 是最常用的分析方法。其将分散于一组变量上的信息集中于几个综合指标(PC)上,如糖代谢、脂质代谢、氨基酸代谢等,利用主成分描述机体代谢的变化情况,发挥了降维分析的作用,避免淹没于大量数据中。其他的模式识别技术,如聚类分析、辨别式功能分析、最小二乘法投影法等在代谢组学研究中亦有其重要的地位。 现实情况下,代谢组学的数据更为复杂,特别是NMR对病理生理过程的研究,将代谢物的表达谱与时间相联系,分析时更加困难,需要借助复杂的模型或是专家系统进行分析(在应用
糖类代谢和脂肪代谢
第四章生命的物质变化和能量转换 第4节生物体内营养物质的转变 一、教学目标： 知识与技能：1、知道糖类、脂肪在生物体内的代谢过程。 2、知道糖类、脂肪之间的转变关系。 3、初步学会用所学知识解释日常生活中的营养物质转变实例。 过程与方法：通过分析日常生活中糖类、脂肪代谢及相互转变的实例，感受这两大类营养成分在体内的代谢过程。 情感态度与价值观：通过学习营养物质的相互转变，逐步养成科学合理的饮食习惯。 二、重点： 1、糖类的代谢 2、脂肪的代谢 三、难点： 糖类、脂肪之间的转变过程及途径 四、教学准备： 多媒体课件、学案 五、教学过程
附：生物体内营养物质的转变（学案） 学习目标： 1．知道糖类、脂肪在生物体内的代谢过程 2．知道糖类、脂肪之间的转变关系 3．通过学习营养物质转变，结合生活实际，养成健康的饮食与生活习惯 学习重点： 糖类、脂肪代谢过程 学习难点： 糖类、脂肪的相互转变 学习过程： 一．自主学习 1．知识回顾：人体消化系统组成、食物消化过程与消化酶；物质进出细胞的方式；生物体中能源物质的种类；细胞有氧呼吸的过程（三羧酸循环） （1）人体所需营养物质主要有_______________________________ _ ； 可以通过_____________途径获得。当我们吃了食物，实际上食物__________(是，不是)已经进入了人体，而是需要先经过___________________然后才能够被利用。 （2）三大主要营养物质分别是____________、______________、________________； 淀粉的消化过程是：___________________________________________________ _ ；消化的最终产物是___________，以________________方式被小肠上皮细胞吸收。 蛋白质的消化过程是：_________________________________________________ ；消化的最终产物是___________，以________________方式被小肠上皮细胞吸收。 脂肪的消化过程是：________________________________________ ____________；消化的最终产物是__________和_________，以______________方式被小肠上皮细胞吸收。2．阅读，思考，讨论： 糖类代谢 （1）生物体细胞主要以__________________方式利用葡萄糖获得能量。 （2）动物体内的___ 细胞和细胞可以以形式储存一定量的糖类物质。（3）北京填鸭在肥育期要填饲过量的糖类饲料，减少运动，从而使鸭在短期内变成肥鸭，这说明什么？ （） 脂类代谢 （1）为什么长期偏食高油、高脂食物的人更容易肥胖？ （2）饮食中摄入脂肪就不能控制体重了吗？
麻醉领域的个体化用药,药物基因组学(Evan Kharasch)
Pharmacogenetics in Anesthesia Evan D. Kharasch, M.D., Ph.D. St. Louis, Missouri 302 Page 1 Pharmacogenetics (or pharmacogenomics) aims to understand the inherited basis for variability in drug response. The promise of pharmacogenetics has been a change from “one drug and dose fits all” to individualized predictive medicine, or “the right drug at the right dose in the right patient”. Anesthesiology as a specialty played a key role in developing pharmacogenetics. Prolonged apnea after succinylcholine, thiopental-induced acute porphyria, and malignant hyperthermia were clinical problems of the 1960’s whose investigation helped craft the new science of pharmacogenetics. Today we perhaps take for granted the knowledge that they are genetically-based problems, due to variants in pseudocholinesterase, heme synthesis and the ryanodine receptor, respectively. This review will address basic principles of pharmacogenetics and their application to drugs used in anesthetic practice. The term pharmacogenetics was originally defined (1959) as “the role of genetics in drug response”. Since the science of pharmacokinetics (drug absorption, distribution, metabolism, excretion) evolved earlier than pharmacodynamics, early pharmacogenetic studies addressed mainly pharmaco-kinetics. Application (fusion) of the genomic revolution and associated technologies to pharmaco-genetics spawned pharmacogenomics. Pharmacogenetics has been used by some in a more narrow sense, to refer only to genetic factors which influence drug kinetics and dynamics (drug receptor actions), while pharmacogenomics has been used more broadly to refer to the application of genomic technologies (whole-genome or individual gene changes) to drug discovery, pharmacokinetics and pharmacodynamics, pharmacologic response, and therapeutic outcome. Nonetheless, many consider this distinction unimportant and use the two terms interchangeably, as will this review. BASIC CONCEPTS A polymorphism is a discontinuous variation in a population (a bimodal or trimodal distribution). It is different than simple continuous variability (i.e. a unimodal population distribution, even if quite wide). A genetic polymorphism is the presence of multiple discrete states (i.e. for a particular trait) within a population, which has an inherited difference. The complete human genome consists of approximately 3 billion base pairs, which encode approximately 30,000 genes. A single nucleotide polymorphism (SNP) is a variation in the DNA sequence which occurs at a specific base. Polymorphisms are relatively common, occurring by definition in ≥1% of the population, while mutations are less common, occurring in <1%. Only 3% of DNA consists of sequences which code for protein (exons). Other portions of the DNA include promoter regions (near the transcription initiation site), enhancer regions (which bind regulatory transcription factors), and introns (DNA sequences which do not code for protein). After exons and introns are transcribed, the intronic mRNA is excised and the exonic mRNA is spliced together to form the final mature mRNA, which then undergoes translation into protein. SNPs are frequent, occurring in approximately 1:100-1:1000 bases. SNPs and mutations may occur in the coding or noncoding regions of the DNA. Since most occur in the latter, they are usually synonymous (or silent, having no effect on proteins), although intronic changes and promoter variants can change protein expression. Non-synonymous SNPs result in a change in an amino acid. A conservative change results in a similar amino acid that does not alter protein function, while a non-conservative change yields an amino acid which alters protein structure or function. These latter SNPs may be clinically significant. SNPs are not the only events which can cause RNA and protein changes; others are deletions, insertions, duplications, and splice variants, however these are not inherited. Multiple SNPs can occur in the DNA which encodes a particular protein. A haplotype is a set of closely linked alleles or DNA polymorphisms which are inherited together. While SNPs are important, haplotypes are more clinically relevant. Polymorphisms can be classified at the DNA locus (which depicts the normal “wild-type” and the altered base pair; for example the mu opioid receptor gene polymorphism at base pair 118 which codes for changing an adenine nucleotide to a guanine is abbreviated as A118G, or 118 A>G); at polymorphism changes the amino acid at position 40