代谢组学研究技术进展
细胞代谢组学研究及应用进展
细胞代谢组学研究及应用进展【关键词】细胞代谢组学；研究方法与应用；综述【摘要】细胞代谢组学作为代谢组学研究的一个新兴的方向，在病原体感染、肿瘤研究、药物作用机制及药物研发、毒性评价等多个领域都有所应用。
可解决基本的生物学问题，并允许观察细胞内的代谢现象。
现简要综述细胞代谢组学的主要研究方法及其应用方面的研究进展。
1.细胞代谢组学的研究方法细胞代谢组学实验一般可分为几个步骤：细胞增生培养或刺激、淬灭、代谢物提取、样品检测和数据处理。
1.1细胞淬灭细胞淬灭是指快速使细胞内的酶失活，阻止代谢物变化。
理想的淬灭技术应在不损害细胞、不造成细胞内代谢物泄漏的前提下确保胞内酶迅速失活。
Hounoum等考察3种细胞淬灭方式对NSC-34鼠神经元细胞的影响，分别为-40℃甲醇淬灭、-20℃甲醇淬灭及迅速冻存于-80℃后加入4℃甲醇淬灭。
实验结果显示-40℃甲醇是用于该细胞最为理想的淬灭方式；有研究发现甲醇会破坏细胞膜结构，从而导致无法控制的细胞内代谢物泄漏，故常在甲醇中加入缓冲液如HEPES及AMBIC以维持离子强度，避免渗透冲击。
而对于贴壁细胞，液氮冷冻被是停止其酶活性的最佳方法，Zhao等比较了液氮和75%甲醇（-80℃)2种溶液对副溶血性弧菌细胞的淬灭效果，结果发现75%甲醇（-80℃）淬灭时，细胞发生代谢物泄漏；液氮淬灭速度快，且不存在代谢物泄漏问题。
1.2代谢物提取代谢物具有不同的化学和物理性质，如大小、质量、极性、溶解性等，而细胞代谢组学要求找到一种合适的提取方式，尽可能多地把胞内所有代谢物定量提取出来。
因此，提取方法应该有效而没有选择性和破坏性。
提取过程应有效地从细胞中释放代谢物，避免潜在干扰，确保最小代谢物损失。
胞内代谢物通常单独用有机溶剂，或与水结合，或与其他有机溶剂结合，在不同温度条件下提取。
经典的酸性和碱性提取剂也可分别用来提取对酸、碱稳定的化合物。
对于悬浮细胞，常用含水甲醇、含水乙腈或纯甲。
基于RNA测序技术的代谢组学研究进展
基于RNA测序技术的代谢组学研究进展近年来，随着RNA测序技术的发展和应用，代谢组学研究也得到了重大进展。
这项技术基于RNA测序技术，通过对不同细胞类型或不同环境条件下某一种生物体内RNA的序列分析，鉴定出各种代谢物，并进一步发掘代谢通路及其调控机制。
在生命科学、疾病诊断和治疗等方面应用广泛。
一、RNA测序技术概述RNA测序技术主要分为两种：第一种是转录组测序技术，可以用来研究细胞或组织在不同生理条件下的基因转录水平，从而识别功能相关基因；另一种是RNA剪接测序，用于检测RNA前体分子剪接产物，进而鉴定链型和剪接位点。
在RNA测序技术中，主要的两种方法是表达测序技术和单细胞测序技术。
表达测序技术是对基因表达水平的统计分析，能够测定RNA在整个样品组中的产量，包括在两个或多个样品之间的比较。
单细胞测序技术是针对生命体中单个细胞进行分析，可以展现各个细胞类型和亚型间表现的差异。
二、基于RNA测序技术的代谢组学研究进展RNA测序技术在代谢组学研究中的应用主要有两个方面：转录组代谢组联合分析和代谢组逆推转录组。
转录组代谢组联合分析方案中，它能够识别不同生物条件下代谢通路调控的相关基因，从而分析和比较代谢通路路径中不同环节的差异性。
这样可以为深入研究各种代谢通路的机制提供更有力的证据。
代谢组逆推转录组方案则是针对代谢物进行研究，通过分析代谢产物的变化，确定出相应的基因表达变化。
对于某些疾病诊断和预测方面，该方案应用较为广泛。
三、RNA测序技术的优势与局限RNA测序技术的优势在于：先进的高通量技术，使得对其他技术难以测定的低丰度基因或转录物进行研究成为可能；RNA分子具有广泛的生物学功能，有助于研究转录水平的影响和生物体中其他代谢物的研究。
在代谢组学研究领域，RNA技术也为代谢物的发现、研究和诊断提供了新的方法和突破。
然而，RNA测序技术也存在一些局限。
除了技术成本高，RNA分子本身在样品采集、处理和储存过程中易被分解，同时存在重复和杂讯，加剧了实验误差。
组学技术在遗传代谢病筛查、诊断及发病机制探索中的应用研究进展
组学技术在遗传代谢病筛查、诊断及发病机制探索中的应用研究进展王朝1，张瑄21 天津市儿童医院（天津大学儿童医院）天津市儿科研究所天津市儿童出生缺陷防治重点实验室，天津 300134；2 天津市儿童医院（天津大学儿童医院）肾脏内科摘要：组学技术是指利用高通量、高分辨率、高灵敏度和高效率的技术手段对生物体内不同层面物质的分子组成进行全面、系统、定量或半定量的检测和分析的技术，包括基因组学技术、转录组学技术、蛋白质组学技术和代谢组学技术等。
近年来，组学技术的发展和应用为遗传代谢病（IMDs）的筛查、诊断以及发病机制探索提供了新的思路和方法。
基因组学技术有Sanger测序、二代测序（NGS）和基因芯片等，可应用于产前诊断、新生儿筛查（NBS）、疾病诊断和基因变异携带者筛查等。
转录组学技术不仅可以在mRNA序列水平上检测遗传变异，而且能够通过评估诸如基因表达水平、异常剪接或基因融合等直接分析遗传变异的影响，验证非编码区变异的致病性，可用于黏多醣贮积症（MPS）的诊断和甲基丙二酸血症（MMA）致病机制的研究等。
蛋白质组学技术包括质谱技术和基于抗体的技术，可用于MMA、溶酶体贮积症（LSD）等发病机制的研究。
代谢组学技术分为非靶向代谢组学技术和靶向代谢组学技术，可用于IMDs的筛查、新标志物探索和发病机制研究。
多组学技术整合可以突破单一组学技术的局限性，基因组学技术与代谢组学技术整合明显提高了IMDs的筛查效率，转录组学技术与基因组学技术整合可以提高基因诊断准确率，基因组技术、转录组技术、蛋白质组技术和代谢组技术整合还可用于部分IMDs的机制探索。
关键词：组学技术；基因组学技术；转录组学技术；蛋白质组学技术；代谢组学技术；多组学技术；遗传代谢病doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2023.21.024中图分类号：R589 文献标志码：A 文章编号：1002-266X（2023）21-0098-04遗传代谢病（IMDs）是一类由基因缺陷导致的内源性物质代谢紊乱性疾病，常伴随着身体的多系统受损和多种临床表现，包括有机酸血症、尿素循环缺陷、溶酶体贮积症（LSD）和氨基酸代谢障碍等，大多数呈常染色体隐性或X连锁隐性遗传，其发生率较低，但危害性较大。
代谢组学的研究进展及其在肾病综合征中的应用前景
陆 荣华 ， 杜 玉 君
（ 吉林 大学 白求 恩第 一 医 院 肾 内科 ， 吉林 长 春 １ ３ ０ ０ ２ １ ）
代 谢 组 学 技 术 是 检 测 体 内某 种 微 量 分 子 的 存 在 来 直 观 体现体 内代 谢 的过 程 ， 从 而 推 断 代 谢 过 程 的 一 种 技 术 手
段＿ ８ ］ 。通 过 代 谢 组 学 的 研 究 不 仅 可 以 了解 疾 病 的 发 生 、 发 展 以及 治 疗 过 程 中机 体 的 状 态 和 变 化 ， 还 可 以探 索 外 界 干 扰 因素 （ 微生 物 、 环境、 饮食、 药物 、 毒物及 生活方式 等） 对 机 体 的影 响 ， 为 临床疾病 的诊断 、 防控 、 病 理 机 制 的探 索 、 临 床 治 疗 方 案 的评 价 甚 至 新 治 疗 靶 点 的 发 现 提 供 了新 的 途 径 和 思 路。 代 谢 组 学 的 支持 者 普 遍 认 为 ， 在 所有组 学技术 中 ， 代 谢 组学在发现生 物标 记物 方 面是最 具 有潜 力 的， 最 不 可 或 缺 的 。与 其他 组学 等 领 域 相 比 ， 代谢 组学技 术更 为直接 的 、 更 为 显 而 易 见 的 呈 现 了 体 内 代谢 过程 。
１ 代 谢 组 学 的简 介 １ ． １ 代 谢 组 学 的定 义
随 着 代 谢组 学研 究 队伍 的逐 渐 扩 大 ， 检 测 技 术 的水 平 也 在 飞 速 提 高 。串 联 色谱 、 多 维 质 谱 及 超 大 功 率 磁 共 振 平 台 等
概念正驱使代谢组学 相关技 术朝着 通量更 高 、 定性更 易 、 定
基于核磁共振的代谢组学研究进展
基于核磁共振的代谢组学研究进展基于核磁共振的代谢组学是一种研究生物样本中代谢产物（代谢物）的方法。
随着技术的发展和应用的广泛性，这个领域取得了巨大的进展。
本文将回顾一下基于核磁共振的代谢组学研究的最新进展，并讨论其在生命科学中的应用。
核磁共振波谱学（NMR）是一种非破坏性的技术，可以分析各种生物样本中的化学组分。
在代谢组学研究中，NMR技术被广泛应用于代谢产物的定性和定量分析。
核磁共振波谱仪可以通过测量核磁共振信号来确定样本中每个原子的位置和类型，从而分析样本中化合物的结构和组成。
近年来，核磁共振代谢组学在疾病诊断和药物评价方面取得了重要的突破。
例如，在癌症的研究中，核磁共振代谢组学被广泛应用于癌症早期诊断和预测治疗效果。
通过分析生物样本中的代谢物谱图，可以识别癌症相关的代谢物标志物，从而为癌症的早期筛查和治疗提供重要的参考。
此外，核磁共振代谢组学还可以用于评估药物在机体内的代谢和代谢产物的分解情况，从而指导药物治疗的个体化。
除了癌症研究，核磁共振代谢组学还在其他领域取得了重要进展。
例如，在食物科学中，核磁共振代谢组学可以用于分析食物中的营养成分和添加剂，并评估其对人体的影响。
此外，核磁共振代谢组学还可以用于研究植物的代谢途径和代谢物在生长和逆境应对中的作用，从而为植物育种和农业生产提供支持。
尽管核磁共振代谢组学在生命科学中取得了重要进展，但仍面临一些挑战。
首先，核磁共振技术的仪器设备和操作成本较高，限制了其在大规模样本分析中的应用。
其次，核磁共振技术对样本的要求较高，需要高纯度和高溶解度的样品。
此外，核磁共振波谱解析的复杂性也限制了该技术的广泛应用。
为了克服这些挑战，研究人员正在努力开发新的核磁共振技术和分析方法。
例如，高分辨率核磁共振技术和多维核磁共振技术可以提高核磁共振波谱的分辨率和信噪比，从而提高代谢物的检测能力。
此外，研究人员还通过结合其他分析技术（如质谱分析）和计算模型来进行综合分析，以提高代谢组学研究的准确性和可操作性。
代谢组学技术在茶学中的应用研究进展
代谢组学技术在茶学中的应用研究进展代谢组学技术是一种通过研究生物体中代谢产物的组成和变化，来揭示生物体在不同生理或病理状态下的代谢特征的技术。
近年来，代谢组学技术在茶学领域的应用得到了越来越多的关注和研究，对茶叶的品质、营养、药用价值等方面进行了深入的探讨和研究。
本文将就代谢组学技术在茶学中的应用研究进展进行探讨。
茶叶作为世界三大饮料之一，一直以来被人们所喜爱。
茶叶富含多种生物活性成分，如茶多酚、咖啡碱、氨基酸等，具有很高的营养和药用价值。
但茶叶的品质、品种、产地等因素会对其化学成分产生显著影响，也对人体健康产生不同的影响。
研究茶叶的化学成分对茶叶的品质评价、功能性和营养价值的挖掘具有十分重要的意义。
传统的茶叶化学成分分析方法主要是采用色谱-质谱联用技术、核磁共振技术等手段进行分析。
这些方法虽然可以获得茶叶中多种化学成分的信息，但无法全面揭示茶叶在不同生长环境、不同加工工艺条件下的代谢特征。
而代谢组学技术的出现，则为解决这一问题提供了新的途径。
代谢组学技术将高通量技术与生物信息学相结合，可以全面、系统地研究生物体内代谢产物的组成和变化。
目前，代谢组学技术在茶叶研究中的应用主要体现在以下几个方面：一、茶叶品质评价代谢组学技术可以通过对茶叶中代谢产物的分析，揭示不同茶叶品种、不同产地、不同生长环境等因素对茶叶化学成分的影响。
通过这种方式，可以准确评价不同茶叶的品质特征，为茶叶的品种鉴定、产地溯源提供科学依据。
研究人员可以通过代谢组学技术分析不同产地茶叶中的茶多酚、氨基酸、咖啡碱等成分，从而辨别不同产地茶叶的特征成分，为消费者挑选优质茶叶提供科学依据。
二、茶叶加工工艺控制茶叶的加工工艺对其化学成分产生重要影响，而代谢组学技术可以帮助研究人员全面了解茶叶在不同加工工艺条件下的代谢特征，为控制茶叶加工工艺，保证茶叶品质提供科学依据。
通过代谢组学技术的分析，可以揭示不同加工工艺对茶叶中生物活性成分的影响规律，为优化茶叶加工工艺、提高茶叶品质提供重要参考。
代谢组学与肝脏疾病诊疗方法的研究进展
代谢组学与肝脏疾病诊疗方法的研究进展肝脏是人体最大的内脏器官，具有很多功能。
其中最重要的是其代谢功能，它对人体内物质的代谢和能量的平衡起着至关重要的作用。
但是，肝脏疾病成为世界各地人口中的常见病和重大健康问题。
肝炎、脂肪肝、肝硬化等肝病症状的发生和发展与肝脏生化代谢过程和代谢产物有关系。
而代谢组学技术正是基于现代高通量技术结合数学、统计学等方法，从代谢物层面上研究代谢改变的一种手段。
本文将介绍代谢组学技术与肝脏疾病诊疗方法的研究进展。
一、肝脏疾病的代谢与代谢组学研究肝脏内的代谢产物涉及到多种代谢途径，包括葡萄糖、脂肪、氨基酸和胆汁酸等物质代谢过程。
整个代谢过程都是非常复杂的，而代谢组学技术通过检测代谢产物水平的变化，可以更加直接地描绘出代谢过程的全貌。
当肝脏受到损害时，如肝细胞损伤、肝细胞坏死、炎症反应等，代谢通路和代谢产物水平的改变可以反映在血液及尿液中。
对这些代谢产物进行检测和分析，可以提供有关肝脏疾病与生化代谢的全面信息。
例如，现有研究表明，肝病患者的代谢通路与正常人存在差异。
其中，在肝病中，脂肪代谢通路、瓶颈反应酶和代谢产物水平的变化是较为明显的。
总体而言，肝病患者的葡萄糖、脂肪和氨基酸代谢产物的水平与正常人不同，而对伤肝程度的评估以及预测疾病进展贡献很大。
二、代谢组学技术在肝病诊断中的应用肝脏疾病的诊断主要依赖于传统的临床诊断标准、影像学检查和肝功能评估等方法。
这些方法虽然已经非常成熟，但对于一些特殊病例或在早期肝病的诊断方面，仍存在一定的局限性。
此时，代谢组学技术发挥着越来越重要的作用。
代谢组学技术通过检测血液、尿液等生物样本中代谢物的含量和分布来分析生物体代谢状态的变化，因此可以作为一种无创、准确、灵敏的新型检测工具，在肝脏疾病诊断和治疗过程中具有广泛应用前景。
有研究显示，肝炎等肝脏疾病患者的代谢组学特征具有可重复性和稳定性，且与疾病的发展和恢复有紧密联系。
研究者利用代谢组学技术，通过分析血液和尿液中的代谢物，发现在不同临床分期的肝炎患者间存在代谢异常现象，且这些代谢谱反映肝炎病理生理变化与临床特征、肝功能的关系有一定的关联。
opa1 代谢组学
opa1 代谢组学OPA1代谢组学引言OPA1（Optic Atrophy 1）是一种负责线粒体融合的蛋白质，其突变会导致线粒体功能丧失和细胞凋亡，进而引发多种疾病。
近年来，随着代谢组学技术的发展，研究者们开始利用代谢组学方法来探索OPA1的功能和调控机制，以期从代谢角度揭示其与疾病的关联。
本文将就OPA1代谢组学研究的进展进行综述。
OPA1代谢组学技术代谢组学是一种研究生物体在特定条件下代谢产物的全面分析方法。
在OPA1代谢组学研究中，研究者们采用质谱和核磁共振等技术，分析OPA1突变体和野生型样本的代谢产物差异，以发现与OPA1功能和调控相关的代谢通路和关键分子。
OPA1代谢组学的应用OPA1突变与多种疾病的发生发展密切相关，如遗传性视神经病变等。
通过代谢组学研究，研究者们发现OPA1突变会导致线粒体能量代谢异常，包括氨基酸代谢、脂质代谢和糖代谢等。
此外，OPA1突变还与氧化应激和线粒体DNA损伤等生物学过程相关。
这些研究揭示了OPA1突变对细胞代谢的影响，为揭示其与疾病的关联提供了重要线索。
OPA1代谢组学研究的进展近年来，研究者们在OPA1代谢组学研究中取得了一系列重要进展。
首先，他们发现OPA1突变会导致线粒体膜电位下降和ATP合成减少，从而影响细胞能量代谢。
其次，他们发现OPA1突变会导致氨基酸代谢紊乱，特别是谷氨酸代谢异常。
此外，研究者们还揭示了OPA1突变与脂质代谢异常的关联，包括甘油磷脂和胆固醇代谢紊乱。
最后，他们还发现OPA1突变会导致糖代谢异常，包括葡萄糖、乳酸和丙酮酸等代谢物的积累。
OPA1代谢组学的意义和展望OPA1代谢组学研究为我们深入了解OPA1功能和调控的分子机制提供了重要线索。
通过揭示OPA1突变对细胞代谢的影响，我们可以进一步理解OPA1与疾病的关联，并探索新的治疗策略。
未来，我们可以进一步整合代谢组学与其他组学技术，如基因组学和蛋白质组学，以全面解析OPA1的功能和调控网络，为相关疾病的诊断和治疗提供新的思路。
血清代谢组学 血清药物化学
血清代谢组学血清药物化学一、血清代谢组学的研究进展与应用血清代谢组学作为系统生物学的重要分支，致力于通过高通量技术对血清样本中的小分子代谢产物进行定性和定量分析。
其研究方法包括气相色谱质谱联用技术（GCMS）、液相色谱质谱联用技术（LCMS）、核磁共振波谱（NMR）等，这些技术能够有效地揭示血清中复杂的代谢网络与生物标志物。
研究进展近年来，血清代谢组学在疾病诊断与监测方面取得了显著进展。
在疾病机制研究中，代谢组学技术帮助研究人员识别疾病相关的代谢产物，为疾病的早期诊断提供了新的思路。
例如，代谢组学技术已经被广泛应用于癌症、糖尿病、心血管疾病等多种疾病的研究中，发现了许多潜在的生物标志物。
这些生物标志物不仅能用于疾病的早期筛查，还能用于疾病的预后评估和疗效监测。
血清代谢组学还在药物研发中发挥了重要作用。
通过对药物代谢产物的系统分析，研究人员能够深入了解药物的药效机制与不良反应，优化药物的剂量与治疗方案。
例如，在新药研发过程中，代谢组学技术帮助研究人员识别药物代谢产物与副作用之间的关系，从而改进药物的设计与开发。
主要应用血清代谢组学在临床诊断中的应用日益广泛。
通过对血清样本中代谢产物的分析，医生能够获取有关患者健康状态的详细信息。
这些信息不仅包括疾病的存在与否，还涉及疾病的严重程度与进展情况。
借助于代谢组学技术，医生可以为患者制定个性化的治疗方案，提升治疗效果。
在药物研发中，代谢组学技术提供了对药物代谢过程的深刻洞察。
研究人员可以通过对药物代谢产物的分析，了解药物在体内的代谢路径、药物的生物转化机制以及潜在的药物相互作用。
这些信息对于药物的优化与改进具有重要意义，能够帮助药物研发团队减少研发风险，提高药物的临床转化率。
二、血清药物化学的研究进展与应用血清药物化学专注于研究药物在血清中的化学性质、代谢过程以及药物与血清成分的相互作用。
该领域的研究包括药物的药动学、药效学、药物代谢动力学等方面内容。
研究进展在血清药物化学领域，药物代谢动力学研究已经取得了显著进展。
微生物代谢研究的研究进展
微生物代谢研究的研究进展微生物是地球上最古老的生命形式之一，其活动对自然界和人类的生活有着重要的影响。
微生物的代谢研究一直是微生物学领域的热点和难点问题之一。
本文将对微生物代谢研究的研究进展进行简单阐述。
一、微生物代谢研究的意义微生物代谢研究对于了解微生物的生物学特性、发掘微生物资源、开发新型药物、改良微生物发酵工艺等方面具有重要的意义。
微生物代谢能力的强弱和差异也是微生物在自然界中不断演化和适应的重要表现。
因此，了解微生物代谢的机制和途径是微生物研究中的重要一环。
二、微生物代谢的包括内容微生物代谢研究内容广泛，主要包括以下几个方面。
（一）细胞内代谢途径微生物的代谢途径十分复杂，包括细胞内代谢途径和细胞外代谢途径两个方面。
细胞内的代谢途径主要指微生物利用各种基础物质合成有机物质的过程，如糖分解途径、脂肪代谢途径等。
其中，糖分解途径可以产生巨量的ATP和其他重要代谢产物，是微生物代谢过程中最为重要的代谢途径之一。
（二）细胞外代谢途径微生物的细胞外代谢途径指微生物通过胞外代谢产生各种有用的物质的过程。
比如，微生物可以利用胞外代谢途径合成一系列抗生素、酶类、生物质等。
这些产物被广泛应用于医药、生物工程、食品工业等领域，具有非常广泛的应用前景。
（三）微生物与环境的互动微生物和环境之间的相互作用对于微生物代谢研究具有重要的意义。
微生物能快速适应不同的环境条件，从而改变其代谢产物的种类和产量。
比如，不同的营养条件会对微生物的代谢产物产生重要的影响。
因此，了解微生物代谢过程与环境之间的相互作用机制对于微生物研究具有重要的意义。
（四）微生物代谢动力学研究微生物代谢本质上是一种动态过程。
因此，了解微生物代谢动力学和调控机制对于研究微生物代谢产物的生成规律、寻找新型代谢途径等具有重要的意义。
三、微生物代谢研究的新进展随着微生物代谢研究的不断深入，人们对于微生物代谢机制和途径有了越来越深入的了解，取得了一系列重要进展。
代谢物鉴定方法
代谢物鉴定方法代谢物是指特定生物体或细胞在一个特定生理时期内的所有代谢物。
代谢组学研究是对所有低分子量代谢物同时进行定性和定量分析的研究。
代谢组学的核心挑战之一是代谢物鉴定。
为了提高针对大量代谢物的代谢物鉴定的效率，我们重点研究了新技术和更好的代谢物鉴定方法的进展。
代谢物鉴定的技术进展由于代谢组的复杂性和动态性，需要多个分析平台以覆盖代谢物的全谱，质谱（mass spectrometry，MS）和核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）波谱是最常用的。
质谱（MS）MS提供代谢物的定量分析以及鉴定代谢物的潜力。
在过去的十年中，MS制造商之间的竞争文化以及科学家对更好的MS仪器的永不满足的需求推动了MS灵敏度、分辨率、准确度、速度和可靠性的提高。
对于小分子研究，准确度和分辨率对代谢物鉴定尤为重要。
从本质上讲，代谢指纹图谱涉及比较不同个体中代谢物的质谱峰，了解不同化合物的结构，以及建立一套完整的分析方法来识别这些不同化合物的特征。
核磁共振（NMR）核磁共振波谱在我们理解化合物多样性方面发挥了核心作用。
它对样品无破坏性，并在测量中无偏差。
它适用于血液和尿液等液体样品，也适用于组织和器官等固体样品。
代谢物鉴定的应用临床应用。
代谢组学类似于临床化学，与基因组学相比，它提供的个人信息较少，因此其临床应用可能会产生一定的影响。
较低的成本是代谢组学在临床上更容易被接受的另一个原因。
疾病诊断。
代谢组学和生理学联系更为紧密。
疾病导致机体病理生理过程的变化，最终导致代谢物的相应变化。
通过分析某些代谢物，并将其与健康代谢物进行比较，寻找疾病生物标志物，将提供更好的疾病诊断方法。
目前的代谢组学研究已经能够诊断一些代谢疾病，如糖尿病、肥胖和代谢综合征。
总结鉴于大多数代谢组的化学多样性和大多数代谢组学数据的特点，研究人员可以通过对人体代谢物的深入研究来判断人体是否处于正常状态，但对基因或蛋白质的研究无法得出这样的结论。
植物代谢组学的研究进展
植物代谢组学的研究进展植物代谢组学是研究植物代谢谱的科学，代谢组学可以帮助我们更好地理解植物代谢途径的变化和控制机制，在植物生物技术、农业、医药等行业都有广泛应用。
在过去的几十年里，随着分析技术和计算化学及统计学方法的不断发展，植物代谢组学的研究成果越来越丰富。
一、代谢组学技术1. 质谱技术质谱技术已成为代谢组学的重要手段，可以分析代谢产物结构和数量多种改变。
质谱技术可分为三类：GC-MS、LC-MS和二维GC-MS。
GS-MS可以检测分子量较小的代谢产物，如氨基酸等。
LC-MS更适合较大的代谢产物，如激素和酚酸类物质。
二维GC-MS则可以分离并检测复杂的代谢组。
2. 核磁共振技术核磁共振技术可以测量可自旋核子的共振信号，从而得到代谢产物的结构和浓度信息，但是此项技术比质谱技术复杂。
3. 光谱技术光谱技术可以测量物质各种电子、振动和旋转等状态。
近红外(NIRS)、荧光和红外(IR)等光谱技术被广泛应用于代谢组学中，尤其是NIRS技术在定量分析中作用更大。
二、代谢组学在植物中的应用1. 创新药物开发代谢组学研究可以帮助我们了解植物代谢物如何影响生物过程和药物效应。
例如，角蛋白可以被提取出来作为药物成分使用，代谢组学可以检测到角蛋白在制药过程中化合物的变化，从而调整生产过程。
2. 生物气味控制植物代谢组学研究也可用于生物气味的控制。
气味物质是由代谢产物分解而产生的，可以通过代谢产物分析来控制气味物质。
例如，对茶香的研究可以通过气味物质分析来改进茶叶加工工艺，控制气味质量。
3. 植物保护植物代谢组学研究对植物保护也有积极意义。
提高植物代谢产物含量，可以增加植物的抵抗力；或根据代谢产物消耗量来制定动植物共生计划，从而保护生态平衡。
4. 品质控制代谢组学研究也可用于产品品质控制。
例如，利用代谢产物分析检测到，烯丙基普通对苯酚是和葡萄酒中风味物质共同解释葡萄酒中的特殊风味和口感。
因此，代谢组学可以帮助各行业提高产品品质。
代谢组学的研究方法与应用进展
代谢组学的研究方法与应用进展随着科学技术的不断发展，代谢组学作为一项重要的研究手段逐渐引起了人们的关注。
通过代谢组学分析，可以揭示生物体内代谢物的种类、含量以及相互之间的关系，为疾病的早期诊断、治疗以及个体化医学提供了新的思路和方法。
本文将重点介绍代谢组学的研究方法与应用进展。
一、代谢组学的研究方法1. 样品采集与预处理样品采集是代谢组学研究的基础，不同类型的样品对应着不同的研究目的。
例如，对于代谢疾病的研究，常用的样品包括血液、尿液和组织等。
而对于植物代谢组学的研究，则需要采集植物的叶片、根系或果实等样品。
预处理是样品分析之前的必要步骤，旨在去除杂质、稳定代谢物，提高测量的准确性。
常用的预处理方法包括样品提取、衍生化和洗脱等。
2. 代谢物分析技术代谢物的分析技术主要包括质谱、核磁共振和色谱等。
其中，质谱技术是代谢组学研究中最为常用和重要的技术之一。
质谱技术根据质量-电荷比对代谢物进行分析和鉴定。
常见的质谱技术包括质谱显微镜(MS)、气相色谱-质谱(GC-MS)和液相色谱-质谱(LC-MS)等。
其中，GC-MS适用于挥发性和半挥发性代谢物的分析，而LC-MS则适用于非挥发性和极性代谢物的分析。
3. 数据分析与处理数据分析与处理是代谢组学研究中的重要环节，旨在从海量的代谢组学数据中提取有用的信息。
常用的数据分析与处理方法包括多变量统计分析、主成分分析和聚类分析等。
二、代谢组学的应用进展1. 代谢组学在疾病诊断中的应用代谢组学已经被广泛应用于疾病的早期诊断和监测。
通过分析患者样品中的代谢物变化，可以识别出与疾病相关的标志物，为疾病的早期筛查和诊断提供依据。
例如，在肿瘤相关代谢物的研究中，代谢组学可以通过鉴定患者体液中的特定代谢物，实现肿瘤的早期诊断和疗效评估。
2. 代谢组学在药物研发中的应用代谢组学在药物研发中的应用也备受关注。
通过比较药物治疗前后的代谢组学变化，可以评估药物的疗效和毒副作用，为个体化治疗提供依据。
植物应答非生物胁迫的代谢组学研究进展
植物应答非生物胁迫的代谢组学研究进展二、植物应答非生物胁迫的代谢组学概述随着全球气候的剧烈变化，植物在生长过程中经常面临各种非生物胁迫，如干旱、盐分、低温、高温、紫外线等。
这些胁迫条件对植物的生长发育产生深远影响，严重时甚至导致植物死亡。
为了深入理解和应对这些环境压力，植物代谢组学的研究逐渐受到广泛关注。
代谢组学，作为系统生物学的重要组成部分，旨在全面研究生物体在特定生理或环境条件下所有低分子量代谢物的变化，从而揭示生物体的代谢状态和功能。
在植物应答非生物胁迫的过程中，代谢组学发挥着关键作用。
一方面，植物通过调整代谢途径，合成和积累一些特定的代谢产物，如渗透调节物质、抗氧化物质等，以维持细胞的正常功能。
例如，在盐胁迫下，植物会提高脯氨酸、谷胱甘肽等抗逆物质的含量以减缓胁迫带来的损害。
这些物质对于缓解氧化应激，维持细胞膜稳定性和保护生物大分子有着重要作用。
另一方面，植物代谢组学的研究也能帮助我们理解植物如何适应和抵抗非生物胁迫。
通过比较不同植物或品种在同一非生物胁迫下的代谢物变化，我们可以筛选出具有优良耐受性的植物或品种，为抗逆育种提供科学依据。
近年来，代谢组学技术取得了长足的发展，各种先进的分析方法如气相色谱质谱(GCMS)、液相色谱质谱(LCMS)、核磁共振(NMR)以及红外光谱(IR)等被广泛应用于植物应答非生物胁迫的研究中。
这些技术能够全局地揭示胁迫应答过程中的代谢物变化和代谢网络调控机制，为我们深入理解植物抗逆性提供了有力的工具。
植物应答非生物胁迫的代谢组学研究仍面临许多挑战。
例如，如何准确鉴定和量化植物体内的代谢物，如何解析代谢物与基因表达之间的关系，如何建立有效的代谢组学数据分析方法等。
这些问题需要我们不断探索和创新，以期在植物抗逆性研究中取得更大的突破。
植物应答非生物胁迫的代谢组学研究为我们揭示了植物在逆境中的生存策略，同时也为植物抗逆育种和农业生产提供了重要的理论依据和实践指导。
细胞代谢工程的研究进展
细胞代谢工程的研究进展随着生物技术的快速发展，细胞代谢工程成为生物制造领域的核心技术之一。
它利用工程设计手段对细胞代谢途径进行调控和改造，使其产生目标产物和提高生产效率。
本文将从细胞代谢工程的发展背景、主要技术、研究进展、应用前景等方面进行探讨。
一、细胞代谢工程的发展背景自科学家戈德伯格发现大肠杆菌存在代谢调节系统以来，人们开始关注代谢途径的动态平衡机制。
随着生物技术的迅猛发展，细胞代谢工程成为生物工业的重要组成部分，已经得到了广泛的应用。
代谢工程通过遗传工程手段调控行业微生物代谢网络的结构和功能，实现化学物质的高效合成、降解和转化，为生物工业的发展提供了尤为关键的技术支持。
二、细胞代谢工程的主要技术细胞代谢工程的研究主要涉及以下技术：1. 基因组学基因组学是代谢工程领域中的基础科学，它提供了建立代谢途径的基本知识和数据信息。
这种技术利用高通量基因测序技术获取生物体内的全部基因信息，让人们了解微生物细胞中的全部基因、基因组结构、组织特性等信息，为细胞代谢工程搭建了重要的基础。
2. 代谢组学代谢组学是研究生物代谢活动的基因组学、转录组学、蛋白质组学等一系列技术的综合应用。
它通过对代谢物质的全面和深入的分析，提供了代谢通路和代谢产物等信息，为生物代谢工程的调控提供了重要信息。
3. 工程途径代谢工程涉及的关键技术之一就是工程途径。
它旨在利用基因工程等技术手段，对生物细胞的代谢构成进行调控和改造，赋予其新的生物合成能力，实现生产新型化合物的目标。
三、细胞代谢工程的研究进展目前，细胞代谢工程的研究正在迅猛发展，在以下方面实现了重要的突破：1. 获得了许多拥有新化学性质的代谢物代谢工程为生物制造提供了更多的选择。
通过代谢工程的技术手段，人们能够制造新的代谢产物，如生物柿渣酸、生物3-羟基己酸、生物生态酰胺等新型产物。
这些产物除了具有新的化学性质，还具有更广泛的应用前景。
2. 构建了更加复杂的代谢途径为了生产复杂的生物产品，科学家着手构建更加复杂的代谢途径。
基于全球代谢组学的基础研究及应用前景分析
基于全球代谢组学的基础研究及应用前景分析全球代谢组学已经成为一种有前途的分析方法，它可以检测和分析生物体内的所有代谢产物和代谢物。
这种方法开辟了许多新的研究方向，对药物发现、环境调查、疾病诊断等领域都有着巨大的应用潜力。
因此，全球代谢组学的基础研究和应用前景已经成为当前学术界和工业界的热门话题。
一、全球代谢组学的定义全球代谢组学是一种最新的分析方法，它可以检测和识别生物组织或体液中的所有代谢产物和代谢物。
这种方法基于质谱技术和分子光谱学技术，可以高通量的同时获得多种代谢物的信息。
全球代谢组学不需事先确定任何代谢产物，而是使用高分辨率仪器将代谢物整体扫描。
二、全球代谢组学的基础研究进展全球代谢组学的应用覆盖了生物医学、环境科学、农业科学、工程科学等多个领域。
针对不同领域，全球代谢组学的研究重点也不同。
其中一个重要研究方向是通过全球代谢组分析来研究大规模基因型和表型数据之间的联系。
全球代谢组学的数据量非常大，需要使用机器学习等方法来处理和分析数据，以实现对数据的挖掘。
通过代谢组学，可以找到基因型和表型之间的联系，找出对人类疾病起关键作用的代谢手段。
此外，在微生物学和植物学领域，全球代谢组学也发挥了重要的作用。
研究人员使用全球代谢组学技术来鉴定微生物和植物的代谢物，以发掘微生物和植物中的生物活性化合物。
例如，已经利用全球代谢组学技术对花生进行了代谢组分析，从中发现了具有药用、营养价值和生物活性的化合物。
这些信息不仅可以用来拓展花生的应用范围，而且可以为农业开发提供重要的思路。
三、全球代谢组学的应用前景全球代谢组学在疾病诊断、预测和治疗方面具有重要的应用潜力。
通过全球代谢组学技术，研究人员可以在人类体内发现潜在的代谢物标志物，从而对患者进行个性化的治疗，提高疗效。
全球代谢组学在靶向癌症、糖尿病等重大疾病治疗方面有很大的应用前景。
例如，在代谢组学中，研究人员已经发现了一些能够抑制癌细胞生长的有效药物，可以用于癌症的治疗。
前列腺癌的代谢组学研究进展
㊃综述㊃d o i:10.3969/j.i s s n.1671-8348.2024.01.030前列腺癌的代谢组学研究进展*邹前1,郭晓2,唐晨野2,沈瑞林1ә(1.浙江中医药大学嘉兴学院联培基地,浙江杭州310053;2.嘉兴市第二医院泌尿外科,浙江嘉兴314000)[摘要]前列腺癌是目前世界上许多地区最常见的男性恶性肿瘤之一,也是全球范围内男性癌症死亡的第五大原因㊂目前,临床上常用的前列腺癌筛查手段是血清前列腺特异性抗原(P S A)和经直肠超声引导的穿刺活检,但上述两种诊断方式存在假阴性及假阳性导致的过度诊断等相关问题㊂代谢组学是系统生物学的重要组成部分,其可以在肿瘤发生㊁发展过程中识别某些分子代谢物的微小改变㊂本文就如何利用代谢组学的方法发现前列腺癌患者体内三大物质的代谢产物及相关代谢途径的改变展开综述,为临床前列腺癌诊断提供新的思路㊂[关键词]前列腺癌;代谢组学;代谢产物;综述[中图法分类号] R737.25[文献标识码] A[文章编号]1671-8348(2024)01-0155-06 R e s e a r c h a d v a n c e s i n m e t a b o l o m i c s o f p r o s t a t e c a n c e r*Z O U Q i a n1,G U O X i a o2,T A N G C h e n y e2,S H E N R u i l i n1ә(1.C o m b i n e d T r a i n i n g B a s e,J i a x i n g C o l l e g e,Z h e j i a n g U n i v e r s i t y o f T r a d i t i o n a l C h i n e s eM e d i c i n e,H a n g z h o u,Z h e j i a n g310053,C h i n a;2.D e p a r t m e n t o f U r o l o g i c S u r g e r y,J i a x i n gM u n i c i p a l S e c o n d H o s p i t a l,J i a x i n g,Z h e j i a n g314000,C h i n a)[A b s t r a c t] P r o s t a t e c a n c e r i s o n e o f t h e m o s t c o mm o n m a l e m a l i g n a n c i e s i n m a n y p a r t s o f t h e w o r l d a n d a l s o t h e f i f t h l e a d i n g c a u s e o f c a n c e r d e a t h a m o n g m e n w o r l d w i d e.A t p r e s e n t,t h e c o mm o n l y u s e d c l i n i c a l s c r e e n i n g m e t h o d s f o r p r o s t a t e c a n c e r a r e s e r u m p r o s t a t e-s p e c i f i c a n t i g e n(P S A)a n d t r a n s r e c t a l u l t r a s o u n d g u i d e d p u n c t u r e b i o p s y.H o w e v e r,t h e a b o v e t w o d i a g n o s t i c m e t h o d s h a v e s o m e r e l a t e d p r o b l e m s s u c h a s o v e r-d i a g n o s i s c a u s e d b y f a l s e n e g a t i v e a n d f a l s e p o s i t i v e.M e t a b o l o m i c s i s a n i m p o r t a n t c o m p o n e n t o f s y s t e m s b i o l-o g y,w h i c h r e c o g n i z e s m i n o r c h a n g e s i n c e r t a i n m o l e c u l a r m e t a b o l i t e s d u r i n g t u m o r i g e n e s i s a n d d e v e l o p m e n t. T h i s a r t i c l e r e v i e w e d h o w t o u s e t h e m e t h o d o f m e t a b o l o m i c s t o f i n d t h e m e t a b o l i t e s o f t h e t h r e e m a j o r s u b-s t a n c e s i n t h e p a t i e n t s w i t h p r o s t a t e c a n c e r a n d t h e c h a n g e s o f r e l a t e d m e t a b o l i c p a t h w a y s t o p r o v i d e t h e n e w i d e a s f o r t h e c l i n i c a l d i a g n o s i s o f p r o s t a t e c a n c e r.[K e y w o r d s]p r o s t a t e c a n c e r;m e t a b o l o m i c s;m e t a b o l i t e s;r e v i e w据调查,2020年,全世界估计有1930万新发癌症病例(不包括非黑色素瘤皮肤癌)和近1000万癌症死亡病例(不包括非黑色素瘤皮肤癌),前列腺癌发病率位于所有癌症发病率第4位㊂在男性中,前列腺癌发病率仅次于肺癌,居第2位,死亡率则位于第5位[1],寻找一种能够准确诊断前列腺癌的方法十分重要㊂1现有前列腺癌诊断方法缺陷及代谢组学研究方法概述当前,临床上最常用的前列腺癌筛查手段是血清前列腺特异性抗原(p r o s t a t e-s p e c i f i c a n t i g e n,P S A)㊁P S A相关指标及经直肠或会阴超声引导的穿刺活检㊂然而,以上方法进行的前列腺癌筛查均存在局限性: (1)P S A检测的灵敏度低,且不能很好地区分前列腺良㊁恶性增生㊂I L I C等[2]的研究表明,在P S Aɤ4n g/ m L的男性中,约15%的患者可为假阴性并在随后的时间里诊断为前列腺癌,在这其中,约2%为高级别癌㊂另有研究发现,P S A筛查主要发现分化良好的前列腺癌,而一些分化差㊁更致命的前列腺癌患者P S A 水平往往正常[3]㊂(2)P S A检测的特异性低,这意味551重庆医学2024年1月第53卷第1期*基金项目:浙江省数字医学重点实验室开放基金项目(S Z Z D202203);浙江省嘉兴市科技计划项目(2023A Z31001)㊂ә通信作者, E-m a i l:s h e n r l m d@s i n a.c o m㊂着患者可能进行不必要的重复性穿刺活检[4]㊂P S A 筛查可能降低前列腺癌死亡风险,但与假阳性结果㊁过度诊断有关[5]㊂因此,现有的前列腺癌早期筛查,仍待进一步发掘灵敏度和特异性更高的生物标志物㊂代谢组学是测定一个生物或细胞内所有小分子组成并描绘其动态变化,组成代谢图谱,以寻找相关代谢物改变与疾病发生㊁发展的对应关系的方法㊂代谢组学可检测上游生化活动产生的小分子终产物集合,是比基因组学㊁转录组学和蛋白质组学更下游的生理活动体现[6]㊂在前列腺癌的研究中,代谢谱被越来越多地用作识别预测㊁诊断和预后生物标志物的手段㊂前列腺癌细胞在糖酵解㊁三羧酸循环㊁脂肪酸代谢和尿素代谢等方面具有独特的代谢转化特征[7]㊂代谢组学研究过程由三部分组成,分别是样品的收集和制备㊁代谢物检测㊁数据挖掘和提取㊂样品的收集和制备通常使用的是生物体液或组织,其中,在泌尿系统肿瘤研究中较常用到的标本是尿液㊁血液㊁精液及手术后组织㊂代谢物检测方法主要是核磁共振(n u c l e a r m a g n e t i c r e s o n a n c e,NM R)技术和质谱(m a s s s p e c t r u m,M S)技术㊂NM R特别适合于具有临床潜力的代谢组学研究,因为每个样品的成本低,无需衍生化,各实验室间的重现性高,并且能够量化和识别已知和未知代谢物㊂NM R特别适用于复杂溶液(血浆㊁血清㊁尿液等)的表征检测[8]㊂在使用M S之前,气相色谱(g a s c h r o m a t o g r a p h y,G C)或液相色谱(l i q u i d c h r o m a t o g r a p h y,L C)需要衍生化,并对代谢物进行预分离㊂近年来多使用的气相色谱-质谱(g a s c h r o m a t o g r a p h y-m a s s s p e c t r u m,G C-M S)㊁液相色谱-质谱(l i q u i d c h r o m a t o g r a p h y-m a s s s p e c-t r u m,L C-M S)联用技术可提高检测的效率㊁灵敏度和选择性㊂数据挖掘和提取的方法主要包括层次聚类分析(h i e r a r c h i c a l c l u s t e r a n a l y s i s,H C A)㊁主成分分析(p r i n c i p a l c o m p o n e n t a n a l y s i s,P C A)㊁偏最小二乘差分分析(p a r t i a l l e a s t s q u a r e s-d i s c r i m i n a n t a n a l y s i s, P L S-D A)等㊂以上分析方法可以通过发现因变量之间的内在联系从而简化数据,提供数据的可视化显示并与相关代谢库中的代谢物质进行比对,比如人类代谢组数据库㊁代谢物链接数据库㊁京都基因和基因组百科全书㊁麦迪逊代谢组学联盟数据库等[4]㊂2糖代谢糖类物质为生命活动提供能量和碳源,并通过中间代谢产物和脂肪代谢㊁氨基酸代谢相联系㊂2.1糖酵解和W a r b u r g效应W a r b u r g效应指某些增生活跃的组织(比如肿瘤细胞)在有氧条件下仍通过糖酵解生成乳酸,从而避免碳源全部分解为二氧化碳,为肿瘤的增殖积累原料㊂葡萄糖和乳酸是癌症W a r b u r g效应核心㊂临床上,18F-脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描就是利用了这一特点,即注入的放射性标记葡萄糖被肿瘤细胞以更高的速率吸收,然后可以在成像中检测到㊂然而有研究表明,早期前列腺癌依赖脂质和其他能量分子产生能量,而不是有氧呼吸㊂因此,W a r b u r g效应在前列腺癌的发病机制中并不一致,因为这些细胞葡萄糖摄取并未增加㊂只有在发生许多突变事件的晚期,前列腺癌才会开始表现出W a r b u r g效应并具有高糖摄取[9]㊂H E V I A等[10]利用褪黑素影响前列腺癌糖酵解的实验也证实了这一点㊂以上早期前列腺癌细胞的生物学行为,与下文所述的前列腺癌细胞使三羧酸循环增强相符㊂2.2三羧酸循环G I S K EØD E GÅR D等[11]的研究结果认为:经直肠超声引导活检的高分辨率魔角旋转磁共振光谱仪分析有可能成为一种额外的诊断工具㊂他们通过手术标本研究发现,柠檬酸盐和精胺浓度降低及临床应用的 总胆碱+肌酸+多胺/柠檬酸盐 比率增加被证明是前列腺癌侵袭性的有效组织生物标志物,且代谢谱与格里森评分(G l e a s o n s c o r e,G S)相关㊂健康人群组和前列腺癌组分离的正确率为86.0%㊂柠檬酸盐浓度可将含有G S=6分的标本与G Sȡ7分的标本区分开,而精胺浓度的差异仅在G S=6分和G Sȡ8分间㊂G S=7分和G S为8~9分的标本的代谢产物差异无统计学意义(P>0.05),这表明G S=7分(中等风险患者)的标本的代谢模式与高级别癌症相似㊂另有研究表明,柠檬酸合酶的上调和活化与前列腺癌细胞侵袭性增强有关㊂前列腺癌组织中柠檬酸合酶的表达水平高于正常前列腺组织㊂柠檬酸合酶表达上调与高G S㊁晚期病理分期和生化复发相关㊂在功能上,柠檬酸合酶表达的升高促进体外前列腺癌细胞增殖㊁集落形成㊁迁移㊁侵袭能力和加快细胞周期,并在体内促进肿瘤生长㊂此外,柠檬酸合酶上调对前列腺癌细胞的脂质代谢和线粒体功能具有潜在的增强作用[12]㊂除此之外,还有基于尿液的代谢组学研究表明,尿液中柠檬酸盐㊁3-羟基苯乙酸盐和色氨酸的改变与癌症p T2向T3期进展有关㊂再有,三羧酸循环代谢产物草酰乙酸和富马酸有助于产生天冬氨酸,天冬氨酸是核苷酸生物合成的底物[8]㊂3脂肪代谢脂质在多种生物功能和细胞过程中发挥重要作用,包括膜组成㊁能量代谢和信号转导㊂3.1脂肪酸代谢651重庆医学2024年1月第53卷第1期MA R K I N等[13]使用血浆标本,基于G C-M S㊁L C-M S联用技术,采取定向和非定向代谢组学的方法分析得出,油酸是区分前列腺癌与前列腺上皮内瘤变(p r o s t a t i c i n t r a e p i t h e l i a l n e o p l a s i a,P I N)和正常前列腺的唯一代谢物㊂而P I N主要表现为类固醇生成和花生四烯酸代谢的改变[13]㊂另有研究表明,在3种雄激素受体抵抗性细胞系中,棕榈酸酯㊁油酸盐和硬脂酸盐的碳13富集显著高于前列腺癌细胞,表明在激素抵抗细胞中由糖酵解驱动的从头脂肪酸合成增加,这可能与晚期前列腺癌W a r b u r g效应有关㊂而3种耐药细胞系均表现出大量甘油三酯持续积聚,尤其是鞘脂和多不饱和脂肪酸[14]㊂此外,癌细胞还可以通过分解循环乳糜微粒和脂蛋白中的甘油三酯,从循环中获取脂肪酸[15]㊂脂肪酸合成酶(f a t t y a c i d s y n t h e t a s e,F A S N)是癌细胞从头合成脂肪酸的第一步所需的酶㊂过去大量研究集中在设计或重新设计F A S N抑制剂,以阻止癌细胞产生自身脂质的能力[16-17]㊂3.2磷脂代谢与胆固醇代谢B U RC H等[18]得出了磷脂酰胆碱㊁磷脂酰乙醇胺和甘油磷脂酰肌醇在前列腺癌细胞中增加的结论㊂他们的研究显示:转移性细胞和正常细胞间最明显的差异出现在磷脂酰乙醇胺类和甘油磷脂酰肌醇类㊂与非恶性和原发性腺癌细胞比较,骨转移性前列腺癌中7种已鉴定磷脂的表达水平明显增加㊂他们认为,磷脂代谢异常和改变很可能与恶性转化㊁致瘤性㊁转移和侵袭性前列腺癌疾病进展有关㊂B U S Z E W S K A-F O R A J T A等[19]基于前列腺癌组织的定向脂质组学研究结果也表明,前列腺癌组织磷脂酰胆碱㊁溶血磷脂酰胆碱㊁鞘磷脂和磷脂酰乙醇胺表达水平较正常前列腺组织增加㊂他们推测磷脂水平的总体增加与前列腺癌的进一步进展及对磷脂的需求增加有关㊂此外,根据B L OMM E等[14]的研究,多种神经酰胺和心磷脂衍生物也在耐药(去势抵抗)的前列腺癌细胞系中富集,而几类磷脂,如磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺衍生物,相比之下却在普通前列腺癌中的比例较高㊂T H Y S E L L等[20]使用G C-M S进行血浆样品扫描,并使用化学计量学及生物信息学方法进行数据分析,得出结论:前列腺癌骨转移患者病灶处骨组织中平均胆固醇水平为127.30m g/g,上述患者转移灶旁的正常骨组织中平均胆固醇水平为35.85m g/g(P= 0.0010),而其他来源的骨转移瘤患者(如乳腺癌㊁肾癌骨转移等)骨组织中平均胆固醇水平为81.06 m g/g(P=0.0002),这说明前列腺癌骨转移患者骨病灶处胆固醇水平更高,显示出其特有的代谢组学特征㊂此外,前列腺癌骨转移的免疫组织化学染色显示肿瘤上皮细胞中的羟基甲基戊二酰辅酶还原酶㊁低密度脂蛋白受体和B类1型清道夫受体在骨病灶处转移癌上皮细胞㊁内皮细胞㊁免疫细胞强烈染色,表明胆固醇内流和从头合成的可能性较大㊂4氨基酸代谢氨基酸是蛋白质的基本组成单位,各类免疫细胞㊁免疫因子及肿瘤免疫微环境的组成都离不开氨基酸的合成和代谢㊂近年来,随着分子生物学的发展,与肿瘤相关的基因组学㊁转录组学㊁代谢组学不断发展㊂氨基酸的代谢组学为研究肿瘤的基因㊁R N A及细胞信号转导通路提供了新的方法㊂4.1一碳单位相关氨基酸一碳单位在嘌呤嘧啶合成过程中不可或缺㊂一碳单位主要来自丝氨酸㊁色氨酸㊁组氨酸㊁甘氨酸分解代谢,而苏氨酸也可以转变为甘氨酸产生一碳单位㊂Y A N G等[21]收集了50例前列腺癌患者和50例非癌症个体(对照组)的尿液样本㊂基于氢核磁共振(1H y d r o g e n-n u c l e a r m a g n e t i c r e s o n a n c e,1H-NM R)分析,鉴定出20种代谢物㊂通过P C A㊁P L S-D A和正交P L S-D A寻找代谢物,以区分前列腺癌和正常前列腺组织㊂他们还采用W i l c o x o n试验发现两组间的尿液代谢物水平存在差异,即胍乙酸㊁苯乙酰甘氨酸和甘氨酸在前列腺癌中明显增加,而L-乳酸和L-丙氨酸明显减少㊂这3种增加的代谢物在按G S=6分和G Sȡ7分分层的患者中显示出统计学差异,表明它们可能用于检测严重的前列腺癌㊂通过使用京都基因和基因组百科全书及小分子途径数据库进行的途径富集分析也揭示了 甘氨酸㊁丝氨酸和苏氨酸代谢 在前列腺癌中的潜在参与㊂另外,有对血浆中代谢物的研究显示,在P I N和前列腺癌中受影响的途径是甘氨酸和丝氨酸代谢,甘氨酸增加与前列腺癌细胞的侵袭性有关[13,22]㊂然而也有研究表明高浓度甘氨酸也与适度降低前列腺癌风险有关[23]㊂B R U Z Z O N E等[8]基于1H-NM R分析所得的前列腺癌患者尿液中组氨酸水平较健康者减少,这与G AMA G E D A R A等[24]使用L C-M S检测获得的报告一致㊂有学者对组氨酸相关代谢物4-咪唑乙酸盐的研究显示其在前列腺癌患者的尿液中也被报告为下调[4]㊂F A L E G A N等[25]则是在前列腺癌和良性增生患者精液中采用1H-NM R和正交P L S-D A 的方法对上述人群进行比较,得出结论:氨基酸水平(尤其是赖氨酸和丝氨酸)的变化及糖酵解中间产物的变化是健康对照组和前列腺癌组之间㊁G S=6分和G S=7分标本之间最显著的代谢特征㊂这表明赖氨751重庆医学2024年1月第53卷第1期酸和丝氨酸水平可能区分G S=6分和G S=7分的前列腺癌患者㊂再有,由甘氨酸为骨架合成的含硫氨基酸肌氨酸被认为是预测前列腺癌复发最有希望的候选标志物之一,其余标志物还有磷酰胆碱㊁肌醇㊁精胺㊁谷氨酸㊁半胱氨酸㊁胆碱㊁谷氨酰胺和脂质[26]㊂S R E E K UMA R等[27]分离出肌氨酸作为良性增生和前列腺癌组织标本间的差异代谢物,并进行了进一步实验,表明:不仅癌症组织中的肌氨酸水平增加,患者转移灶组织中的肌氨酸水平也进一步增加㊂4.2尿素循环如前W a r b u r g效应所述,根据B R U Z Z O N E等[8]基于尿液的1H-NMR分析,表明尿液中尿素循环和糖酵解所产生的代谢物减少,这有力地支持了前列腺癌减少氮和碳废物以最大限度地利用以支持癌细胞生长的合成代谢的理念㊂尿液中这种代谢物的减少意味着前列腺癌细胞减少了氮废物的产生,并最大限度地将氮捕获和固定到生物分子中,以支持癌症的生长㊂精氨酸是参与尿素循环的重要氨基酸,精氨酸的高可用性供应是前列腺癌组织持续生长所必需的㊂因此,它已成为一个潜在的治疗目标[28]㊂精氨酸可被3种酶降解:精氨酸酶㊁精氨酸脱羧酶和精氨酸脱胺酶㊂精氨酸可以由鸟氨酸合成,鸟氨酸则是尿素循环的关键成分㊂鸟氨酸氨甲酰转移酶催化氨甲酰磷酸和鸟氨酸生成瓜氨酸,瓜氨酸随后通过精氨琥珀酸合酶转化为精氨酸㊂体外实验表明,普通前列腺癌细胞系产生的鸟氨酸氨甲酰转移酶水平较低,而在鸟氨酸氨甲酰转移酶缺乏的情况下,利用重组人精氨酸酶消除细胞外精氨酸并可导致细胞内精氨酸的消耗㊂此外,精氨酸脱氨酶也已成为治疗前列腺癌的一种常用方法,体外研究表明,精氨酸脱氨酶可以通过饥饿精氨酸细胞杀死易感癌细胞㊂在Ⅱ期临床试验中,精氨酸剥夺与精氨酸脱氨酶联合治疗癌症患者的研究正在进行中[29-30]㊂4.3芳香族氨基酸芳香族氨基酸包括苯丙氨酸㊁酪氨酸㊁色氨酸,其中酪氨酸可以转变为儿茶酚胺,也可以转变为甲状腺激素㊂MA R K I N等[13]对血浆标本研究还发现,P I N 和前列腺癌中的酪氨酸和苯丙氨酸较健康者也明显增加㊂富集分析表明,在P I N和前列腺癌中,儿茶酚胺生物合成和甲状腺激素合成受到高度影响㊂还有证据表明甲状腺激素也与癌症间存在潜在联系[31]㊂对于儿茶酚胺及其受体与前列腺癌的关系,有如下研究㊂A L A S K A R等[32]的最新实验发现,腺苷酸环化酶/蛋白激酶A是前列腺癌的一个主要的信号通路,体外应用10倍摩尔量的β2受体阻滞剂普萘洛尔30 m i n可抑制前列腺癌细胞的蛋白激酶A底物磷酸化,从而抑制前列腺癌的增殖㊂此外,儿茶酚胺可通过激活α1肾上腺素受体参与前列腺细胞功能的控制,交感神经活动的增加与前列腺癌的发生㊁发展有关㊂故C O L C I A G O等[33]提出了一个前列腺癌激素治疗的新靶点,即α1肾上腺素受体㊂他们所研究的针对该受体的药物经实验证实对前列腺癌细胞有剂量依赖性的抗增殖作用,可能涉及诱导G0/G1细胞分裂周期的阻滞,但其不涉及细胞凋亡㊂针对同样的靶点, MA E S T R I等[34]的研究则是通过改变α1肾上腺素受体阻滞剂多沙唑嗪的化学结构,以增加新药物抑制细胞增殖的能力,并可以诱导前列腺癌细胞凋亡㊂5小结与展望代谢组学是发现疾病相关标志物的宝贵工具,因为生物体液中代谢物水平的变化反映了个体生理状态的变化[35-36]㊂该方法可用于了解肿瘤代谢途径,前列腺癌的早期检测㊁预后分层和治疗反应监测,这些代谢标志物可能在未来前列腺癌的早期诊断和治疗中起到至关重要的作用[37]㊂然而,代谢组学的临床应用受到多方面因素限制:(1)代谢组学对于早期前列腺癌往往有很高的灵敏度,但特异度缺乏㊂例如,某些非癌症疾病,包括肝病㊁炎症性肠病或类风湿性关节炎,也可以显示出与癌症相同的代谢产物的水平升高[38]㊂不同肿瘤可能有相同的代谢途径,例如,在乳腺癌㊁食管癌㊁肺癌和肾癌也发现了肌氨酸的升高,说明肌氨酸在前列腺癌细胞中的升高并不特异[20]㊂(2)代谢组的动态性质常常受到诸如饮食㊁药物㊁活动水平㊁压力和昼夜变化等因素影响,所以还需要对关键代谢产物或代谢途径的基线变异性进行更深入的了解[39]㊂(3)用于代谢组学分析的仪器成本较大㊂例如,对于M S而言,即使是提供最基本的低分辨率测量的通用 低成本 质谱仪,其成本也超过10万美元,而最先进的高分辨率仪器的成本往往超过50万美元,除此之外,仪器维护费用和聘请专业的技术人员将进一步增加成本[40]㊂综上所述,前列腺癌的代谢组学研究在主动监测和治疗后监测中都有很大的应用潜力,但如何解决诸多临床应用方面的问题,仍有待进一步探索㊂参考文献[1]S U N G H,F E R L A Y J,S I E G E L R L,e t a l.G l o b a lC a n c e r S t a t i s t i c s2020:G L O B O C A N e s t i m a t e s o fi n c i d e n c e a n d m o r t a l i t y w o r l d w i d e f o r36c a n c e r s i 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动物肝脏代谢组学研究进展
动物肝脏代谢组学研究进展代谢组学是一种高通量数据分析领域，可以提供对生物体系中所有代谢产物的定量信息。
在近年来，代谢组学技术已成为快速发展的研究领域，尤其在药物研发、肿瘤研究以及食品科学等领域有着广泛的应用。
动物肝脏代谢组学研究广泛应用于动物营养、代谢功能和毒物学等方向。
本文将从肝脏代谢组学的应用、挑战和未来趋势等方面探讨动物肝脏代谢组学研究进展。
一、肝脏代谢组学的应用肝脏是动物体内最大的新陈代谢器官，它承担了人体能量代谢、毒理焕发和代谢产物的合成等重要功能。
目前，肝脏代谢组学技术已广泛应用于以下领域：1.营养学研究动物肝脏代谢组学技术能够在豢养条件下探测不同营养补给模式对代谢的影响，从而更好地评估动物的营养需要。
2.除草剂及杀虫剂研究。
肝脏代谢组学技术可以用于检测除草剂及杀虫剂对动物肝脏损害程度，从而进一步优化动物营养管理。
3.疾病诊断与治疗代谢组学技术可以对疾病相关的代谢产物进行鉴定，从而为疾病的早期诊断及治疗提供理论基础。
二、肝脏代谢组学技术的挑战尽管肝脏代谢组学技术在动物营养、药物研发及疾病研究等方面有着广泛的应用前景，但目前这一技术还存在着一些挑战，如下：1. 代谢产物的检测与鉴定代谢产物的检测与鉴定是肝脏代谢组学技术中最复杂的一个方面，这主要是因为肝脏所合成和分解的代谢产物非常复杂，包括糖类、脂类、氨基酸和核苷腺等多种物质。
2. 数据处理与分析处理和分析数据也是肝脏代谢组学技术中的一大挑战。
因为大量的数据需要处理和分析，这对计算机程序、统计学的证明、数据挖掘、模型构建、生物学解释等方面都提出了巨大的挑战。
3. 样本标准化与质控标准化和质控也是质保肝脏代谢组学技术的关键因素之一，因为代谢产物高灵敏度和特异性需要更高质量的样本，包括采样、标准化和分析等过程中需要严格控制。
三、肝脏代谢组学技术的未来肝脏代谢组学技术在虚构动物营养、化学治疗等领域已经有了广泛的应用，但在技术方面还需继续改进和完善。
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·综述·代谢组学研究技术进展胡正青a，林夏珍a，郭明b*(浙江林学院，a. 园林学院；b. 理学院化学系，浙江临安 311300)摘要：目的介绍代谢组学研究技术的最新进展。
方法综合国内外文献报道，介绍当前代谢组学研究中样品制备、仪器分析技术、数据处理方法和结果分析的最新研究概况。
结果代谢组学研究技术取得了一定进步，拓宽了代谢组学的应用范围。
结论自动化、标准化、整合化和完整化将是代谢组学研究技术的发展方向。
关键词：代谢组学；研究进展；系统生物学；分析技术；综述中图分类号：Q591 文献标志码：A 文章编号：1007-7693(2010)06-0485-06Advances in Research Techniques of MetabonomicsHU Zhengqing a, LIN Xiazhen a, GUO Ming b*(Zhejiang Forestry University, a.School of Landscape Architecture, b. Department of Chemistry, Lin’an 311300, China)ABSTRACT: OBJECTIVE To introduce the new advances in research techniques of metabonomics. METHODS Make a summary of both national and overseas papers about matabonomics, and introduce the latest development in sample preparation, instrument analytical techniques, data processing and results analysis. RESULTS Research techniques of metabonomics have made certain progress and extend applied fields of metabonomics. CONCLUSION Automation, standardization, integration of multi-disciplinary and completeness will be the orientation for the future development of metabonomic techniques.KEY WORDS: metabonomics; research evolution; systems biology; analytical technique; review代谢组学是继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后迅速发展起来的一门新兴学科，它以生物系统中的代谢产物(由于实际分析手段的局限性，目前主要针对相对分子质量1 000以下的小分子)为分析对象，以高通量、高灵敏度、高分辨率的现代仪器分析方法为手段，结合模式识别等化学计量学方法，分析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)其代谢产物的变化或其随时间的变化规律。
英文文献中，早期的代谢组学研究使用了两个不同的术语：metabolomics和metabonomics。
前者侧重以单个细胞作为研究对象，Fiehn等[1]将其定义为定性和定量分析单个细胞或单一类型细胞的代谢调控和代谢流中所有低分子量的代谢产物。
后者一般以动物的体液和组织为研究对象，Nicholson等[2]将其定义为生物体对病理生理或基因修饰等刺激产生代谢物质动态应答的定量测定。
随着代谢组学的研究发展，不管是在植物和微生物研究领域，还是在病理生理研究领域，这两个名词已经基本等同使用。
目前国内的代谢组学研究小组达成共识，以metabonomics来表示“代谢组学”。
在代谢组学的研究过程中，代谢组学的一些相关概念也不断被提出来，目前已获得广泛认同的研究层次有：①代谢物靶标分析；②代谢轮廓(谱)分析；③代谢指纹分析；④代谢组学。
严格地说，只有第4层次才是真正意义上的代谢组学研究，但是目前还没有发展出一种可以涵盖所有代谢物而不管分子大小和性质的代谢组学技术。
代谢组学相对于其他组学更能反映生物体的整体信息，这是因为代谢物处于生物系统生化活动调控的末端，反映的是已经发生了的生物学事件，基因表达和蛋白质的变化对系统产生的影响都可在代谢物水平上得到体现，所以从理论上来说，代谢组学分析所提供的信息更能够揭示生物体系生理和生化功能状态，对进行功能基因组的研究提供了极大便利。
代谢组学与转录组学和蛋白质组学等其他组学相比，具有以下优点[3]：①代谢物可以反映基因和蛋白表达的微小变化；②代谢组学的研究不需进行全基因组测序或建立大量表达序列标签的数据库；③代谢物的种类远少于基因和蛋白质的数目；④研究中采用的技术更通用，因为代谢产物在各个生物体系中都是相似的。
目前代谢组学已在药物毒性和机制研究[4]、微生物[5]、植物研究[6]、疾病诊断[7]、营养学[8]、中药成分的安全性评价[9]等领域获得了广泛应用，并且取得了一定成效，为功能基因组学的研究奠定了一定基础，成为系统生物学不可分割的一部分。
1代谢组学研究技术的近期动态代谢组学分析的方法及技术程序，在不同的研究领域各有特点，但一般包括样品的制备和预处理、样品分析、数据采集和数据分析等流程。
在实际情况中，根据研究对象、研究目的等不同，具体步骤会有所不同。
下面对代谢组学分析流程中分析方法的近期动态进行表述。
1.1样品制备和预处理进展样品制备和预处理是代谢组学研究的初始步骤，也是最重要的步骤之一。
随着代谢组学发展的需要，样品制备过程中考虑的因素越来越多，呈现出分类制样、分层制样、局部到全景式制样的趋势。
在收集样品时考虑了收集的时间、部位、种类、样本群体等因素；在研究活体样本时，还考虑了饮食、性别、年龄和地域等诸多因素的影响。
样品制备后的样品预处理对于代谢组学的分析具有至关重要的意义，不少研究工作聚焦在代谢组学的样品预处理上。
例如：Alzweiri等[10]比较了不同有机试剂处理血液和尿液样品的效果，结果显示乙腈和丙酮去除血样中蛋白效果要高于甲醇和乙醇，4种试剂去除尿中盐的效果差别不大。
同时，随着代谢组学研究思路的拓展和技术的发展，生命科学的多个领域都相继参与到代谢组学的研究中，在代谢组学的样品预处理中就有学者引入其他学科的方法，例如：Webb-Robertson等[11]在尿液预处理时，考虑了化学试剂叠氮化钠的杀菌作用，将其加入到待处理尿液中，有效防止了细菌污染；在气相色谱-质谱研究中，为了提高低挥发性代谢产物的衍生化效率，有学者将相转移催化技术(phase transfer catalysis，PTC) [12] 用于样品预处理，使分析物与离子对试剂形成离子对，溶解于有机相中，提高了衍生化效率，利于后续的仪器检测。
Kind等[13]在尿液预处理上，考虑了生物酶的降解作用，采用尿素酶分解尿中含量很高的尿素，使一些被掩盖的信息表现出来等等。
1.2代谢组学仪器分析技术的现状及进展依据代谢物物理化学参数的差异，采用不同的仪器分析方法，力求满足高选择性、高灵敏度、高通量、多维、动态、多参量的特点。
早期的方法多使用单一仪器对简化的生物体系代谢产物进行分析，但是由于代谢产物的复杂性和多样性，单一的分析技术很难对它们进行无偏向的全面分析。
随着代谢组学分析技术的发展，出现了多种联用仪器方法，多种组合仪器方法，几乎能够使用的实验仪器方法均已出现在代谢组学研究中，例如：色谱、质谱、核磁共振、红外光谱、电化学检测、紫外吸收、荧光散射、发射性检测和光散射等分离分析手段及其组合技术。
但是在代谢组学研究中，典型的分析手段仍然是核磁共振技术、色谱、质谱及其联用技术。
1.2.1核磁共振(NMR)技术的现状及进展 NMR 是当前代谢组学研究中的主要分析技术，特别是1H-NMR，对含氢代谢产物均有响应，能完成代谢产物中大多数化合物的检测，满足了代谢组学对尽可能多化合物检测的目标，它所产生的波谱可检测血浆、尿液、胆汁等生物基质中具有特殊意义的微量物质的异常成分。
但同时1H-NMR技术也具有两个明显的缺陷：灵敏度仍然不够高、分辨率低。
近期，13C-NMR技术的应用，提高了其分辨率[14]。
新发展的魔角旋转技术(magic angle spinning，MAS)使得人们可以研究以前难以用液体NMR研究的样品，如器官组织样品，得到完整的高分辨图[15]。
活体磁共振波谱和磁成像等技术，能够无创、整体、快速地获得机体某一指定活体部位的NMR谱，直接鉴别和解析其中的化学成分[16]。
液相色谱-核磁共振联用技术也出现在代谢组学的研究中，Daykin等[17]利用LC-NMR技术，用于分析血中脂蛋白的代谢产物，为心血管疾病的研究提供了一定依据。
此外，采用二维核磁共振(2D-NMR)[18]可减弱复杂生物样品中大分子信号的干扰，提高小分子物质的检测能力。
1.2.2质谱(MS)技术的现状及进展相对于NMR 灵敏度低、检测动态范围窄等弱点，MS具有较高的灵敏度和专属性，可以实现对多个化合物的同时快速分析与鉴定。
相关MS技术的主要进展简述如下：傅立叶离子回旋共振-质谱( FTICR-MS)：具有超高分辨率和准确度,可以配备大气压化学电离(atmospheric pressure chemical ionization，APCI)、纳升级电喷雾(electrospray ionization，nano-ESI)和基质辅助激光解吸(matrix-assisted laser desorp- tion ionization，MALDI)等各种离子源，使核酸或蛋白质、多肽等不易挥发的生物大分子产生汽化的带单电荷或多电荷的分子离子，在未知物确定上发挥了很大的作用[19]。
直接输注大气压电离化质谱技术(DI-MS)：在代谢指纹的快速扫描中，除了常规的NMR和分子振动光谱等方法外，近年来一些适合于直接进样的质谱(direct infusion MS)分析技术[20]得到了发展,其采用的“软”电离技术能很好地提供分子离子的指纹图。
基于多孔硅表面的解吸离子化技术(DIOS)：电喷雾解吸电离(desorption electrospray ionization，DESI)质谱技术(ambient MS)[21-22]在常压下能将表面吸附的分析物进行解吸电离，无需样品前处理，也不受基体背景干扰，从而实现MS 对复杂样品的原位、高通量、非破坏分析，获得更直接和全面的样品信息。