6代谢组学技术和在中药研究中的应用
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
LOGO Wuhan university
代谢组学研究的特点
代谢组学作为一门新兴学科，概括起来具有以下特点: ➢ ①对机体损伤小，其检测的体液主要是尿液与血液； ➢ ②信息量大，代谢组学能够提供整个机体功能统一性信息； ➢ ③检测更容易，基因和蛋白质表达的有效的微量变化会在代
谢物上得到放大； ➢ ④无需特征化的数据库； ➢ ⑤检测物种类少，代谢物的种类数远远小于基因和蛋白数目 ➢ ⑥代谢物产物具有通用性； ➢ ⑦能够反映生理病理状态
LOGO Wuhan university
吸收
分布
药物
代谢
排泄
病理生理的变化
外源性代谢产物
内源性代谢物改变
内源性代谢产物是基因表达的终产物，代谢组学所 关注的是相对分子质量为1,000以下的小来自百度文库子物质
LOGO Wuhan university
历史沿革
英国帝国理工大学J.K Nicholson教授的研究小组 利用核磁共振(NMR)技术分析大鼠的尿液, 并于 1999年J.K Nicholson教授等3名科研人员共同 发表了一篇“代谢组学”研究论文，一个新的学 科从此诞生，Nicholson教授也由于其在代谢组 学发展中的开拓性的贡献，而被誉为“国际代谢 组学之父”
质组学告诉你可能发生什么,而代谢组学
则告诉你已经发生了什么”
LOGO Wuhan university
历史沿革
1999年Nicholson首次提出了以NMR分析为主的代谢组学研 究模式并联合国际六大医药公司（Bristol-MeyersSquibb,Eli lilly,Hoffmann-laRoche,NovoNordisk, Pfizer,Pharmacia）英国帝国学院（Imperial College,London）面对风险的挑战，于2001年组织并公布了 一个研究计划COMET（Consortium for Metabonomic Toxicology）,应用代谢物组学评价药物毒性，进行候选药物 的临床前毒性筛选，进而对广泛模型化合物评价和安全性预测 ，以缩短药物开发的时间，减少损失.3年中对大鼠和小鼠的尿 液用NMR分析研究了150个肝肾毒性模型
LOGO Wuhan university
代谢组学研究的优势
➢ (3)代谢组是基因功能活动的终点。代谢控制理论和实验证 明在一个生化反应中，虽然酶的浓度和代谢通量不会发生 重大变化，但是代谢物的浓度会发生很大变化，因此针对 代谢变化重大的代谢物进行分析更加直观，也更加敏感
➢ 代谢组是基因表达的下游产物，所以它更能正确地反映细 胞的功能水平，与蛋白组或基因组相比，代谢组具有终点 放大的特征。研究表明代谢通量不仅受基因表达控制，而 且还受环境的调节，因此，测量下游产物代谢物较为合适 从这一角度分析，代谢组包含的信息量要大于基因组、蛋 白组学
LOGO Wuhan university
代谢组学研究的优势
与研究蛋白组或基因组相比，研究代谢组具有许多优势： ➢ (1)生物体的小分子代谢产物所构成的代谢组要比转录物组蛋
白组简单得多(例如酿酒酵母有6 000多个基因，但代谢物仅 有600个)，那么分析代谢组就降低了样本的复杂性； ➢ (2)对多数小分子内源性代谢产物的作用及其所在代谢通路代 谢调控已有相当的认识，而目前对基因功能与调控的认识仍 相当有限
LOGO Wuhan university
历史沿革
是继基因组学、转录物组学、蛋白质组学之后的一门新型学科，是系统 生物学的重要组成部分
系统生物学（system biology）研究的四个层次：
LOGO Wuhan university
历史沿革
系
统
生
物
基因与蛋白质的表达紧密相连,代谢
学
物则更多地反映了细胞所处的环境。正 如Billy David所言:“基因组学和蛋白
LOGO Wuhan university
研究方法
代谢组学研究步骤包括： ➢ 样品采集与制备； ➢ 样品分析与鉴定； ➢ 数据处理与分析； ➢ 生物标志物（Markers）分析
LOGO Wuhan university
LOGO Wuhan university
研究方法
➢ 样品采集与制备： 采集后的样品需首先进行预处理，而且整个预处理过程应尽 可能保留和体现样品中完整的代谢物组分信息。
组织样品取样后，由于酶活性和氧化过程的继续，会引起代 谢物的生成和改变，故样品需即时用液氮冷冻，低温（80℃）贮存。血和尿样也应在-80℃保存，尿样中还要加叠 氮化钠抑菌
LOGO Wuhan university
研究方法
➢ 尿样或稀释的尿样可直接进样，优点是在样品制备时，代 谢物没有损伤，高通量。缺点是直接用ESI/MS分析时，盐 类有抑制作用（代谢物之间也会相互抑制），在ESI过程中 生成加合物，不挥发物的积累会降低仪器性能。
LOGO Wuhan university
历史沿革
自2002年第一届国际植物代谢组学大会在荷兰瓦赫宁根 召开以来，植物代谢组学分析技术和方法发展迅速已开始 应用于植物科学研究、生物安全性评价等多个领域，在基 因功能研究、代谢途径及代谢网络调控机理的解析等方面 发挥重要作用
我国植物代谢组学的研究于2005年前后开始起步，目前 已形成较好的发展趋势
LOGO Wuhan university
代谢组学研究的优势
➢ (4)代谢组变化揭示的是系列关联生物标记物 (biomarker)的综合差异，要比传统依赖单一标志物的诊 断方法具有更高的准确性，而且其最小限度的侵入性以及 时空动态性，是基因组和蛋白组学研究所无法比拟的。
➢ (5)代谢物谱在不同生物样本中基本上都是一样的，再加 上其检测技术的多样性，代谢组学的研究具有较好的便利 性
LOGO
Wuhan university
代谢组学技术及其在 中药研究中的应用
武汉大学 周本宏
代谢组学 概 念
是生物体或细胞在外源性物质或病理生理刺激和遗 传因素改变的条件下，内源性代谢物会发生变化， 利用现代分析方法对体液、细胞或组织中的所有低 分子量内源性代谢物组（ endogenousmetabolites）进行定性、定量分析 ，定量检测其代谢变化，通过测定整个机体的系统 代谢图谱来探讨基因功能调控机制的学科
代谢组学研究的特点
代谢组学作为一门新兴学科，概括起来具有以下特点: ➢ ①对机体损伤小，其检测的体液主要是尿液与血液； ➢ ②信息量大，代谢组学能够提供整个机体功能统一性信息； ➢ ③检测更容易，基因和蛋白质表达的有效的微量变化会在代
谢物上得到放大； ➢ ④无需特征化的数据库； ➢ ⑤检测物种类少，代谢物的种类数远远小于基因和蛋白数目 ➢ ⑥代谢物产物具有通用性； ➢ ⑦能够反映生理病理状态
LOGO Wuhan university
吸收
分布
药物
代谢
排泄
病理生理的变化
外源性代谢产物
内源性代谢物改变
内源性代谢产物是基因表达的终产物，代谢组学所 关注的是相对分子质量为1,000以下的小来自百度文库子物质
LOGO Wuhan university
历史沿革
英国帝国理工大学J.K Nicholson教授的研究小组 利用核磁共振(NMR)技术分析大鼠的尿液, 并于 1999年J.K Nicholson教授等3名科研人员共同 发表了一篇“代谢组学”研究论文，一个新的学 科从此诞生，Nicholson教授也由于其在代谢组 学发展中的开拓性的贡献，而被誉为“国际代谢 组学之父”
质组学告诉你可能发生什么,而代谢组学
则告诉你已经发生了什么”
LOGO Wuhan university
历史沿革
1999年Nicholson首次提出了以NMR分析为主的代谢组学研 究模式并联合国际六大医药公司（Bristol-MeyersSquibb,Eli lilly,Hoffmann-laRoche,NovoNordisk, Pfizer,Pharmacia）英国帝国学院（Imperial College,London）面对风险的挑战，于2001年组织并公布了 一个研究计划COMET（Consortium for Metabonomic Toxicology）,应用代谢物组学评价药物毒性，进行候选药物 的临床前毒性筛选，进而对广泛模型化合物评价和安全性预测 ，以缩短药物开发的时间，减少损失.3年中对大鼠和小鼠的尿 液用NMR分析研究了150个肝肾毒性模型
LOGO Wuhan university
代谢组学研究的优势
➢ (3)代谢组是基因功能活动的终点。代谢控制理论和实验证 明在一个生化反应中，虽然酶的浓度和代谢通量不会发生 重大变化，但是代谢物的浓度会发生很大变化，因此针对 代谢变化重大的代谢物进行分析更加直观，也更加敏感
➢ 代谢组是基因表达的下游产物，所以它更能正确地反映细 胞的功能水平，与蛋白组或基因组相比，代谢组具有终点 放大的特征。研究表明代谢通量不仅受基因表达控制，而 且还受环境的调节，因此，测量下游产物代谢物较为合适 从这一角度分析，代谢组包含的信息量要大于基因组、蛋 白组学
LOGO Wuhan university
代谢组学研究的优势
与研究蛋白组或基因组相比，研究代谢组具有许多优势： ➢ (1)生物体的小分子代谢产物所构成的代谢组要比转录物组蛋
白组简单得多(例如酿酒酵母有6 000多个基因，但代谢物仅 有600个)，那么分析代谢组就降低了样本的复杂性； ➢ (2)对多数小分子内源性代谢产物的作用及其所在代谢通路代 谢调控已有相当的认识，而目前对基因功能与调控的认识仍 相当有限
LOGO Wuhan university
历史沿革
是继基因组学、转录物组学、蛋白质组学之后的一门新型学科，是系统 生物学的重要组成部分
系统生物学（system biology）研究的四个层次：
LOGO Wuhan university
历史沿革
系
统
生
物
基因与蛋白质的表达紧密相连,代谢
学
物则更多地反映了细胞所处的环境。正 如Billy David所言:“基因组学和蛋白
LOGO Wuhan university
研究方法
代谢组学研究步骤包括： ➢ 样品采集与制备； ➢ 样品分析与鉴定； ➢ 数据处理与分析； ➢ 生物标志物（Markers）分析
LOGO Wuhan university
LOGO Wuhan university
研究方法
➢ 样品采集与制备： 采集后的样品需首先进行预处理，而且整个预处理过程应尽 可能保留和体现样品中完整的代谢物组分信息。
组织样品取样后，由于酶活性和氧化过程的继续，会引起代 谢物的生成和改变，故样品需即时用液氮冷冻，低温（80℃）贮存。血和尿样也应在-80℃保存，尿样中还要加叠 氮化钠抑菌
LOGO Wuhan university
研究方法
➢ 尿样或稀释的尿样可直接进样，优点是在样品制备时，代 谢物没有损伤，高通量。缺点是直接用ESI/MS分析时，盐 类有抑制作用（代谢物之间也会相互抑制），在ESI过程中 生成加合物，不挥发物的积累会降低仪器性能。
LOGO Wuhan university
历史沿革
自2002年第一届国际植物代谢组学大会在荷兰瓦赫宁根 召开以来，植物代谢组学分析技术和方法发展迅速已开始 应用于植物科学研究、生物安全性评价等多个领域，在基 因功能研究、代谢途径及代谢网络调控机理的解析等方面 发挥重要作用
我国植物代谢组学的研究于2005年前后开始起步，目前 已形成较好的发展趋势
LOGO Wuhan university
代谢组学研究的优势
➢ (4)代谢组变化揭示的是系列关联生物标记物 (biomarker)的综合差异，要比传统依赖单一标志物的诊 断方法具有更高的准确性，而且其最小限度的侵入性以及 时空动态性，是基因组和蛋白组学研究所无法比拟的。
➢ (5)代谢物谱在不同生物样本中基本上都是一样的，再加 上其检测技术的多样性，代谢组学的研究具有较好的便利 性
LOGO
Wuhan university
代谢组学技术及其在 中药研究中的应用
武汉大学 周本宏
代谢组学 概 念
是生物体或细胞在外源性物质或病理生理刺激和遗 传因素改变的条件下，内源性代谢物会发生变化， 利用现代分析方法对体液、细胞或组织中的所有低 分子量内源性代谢物组（ endogenousmetabolites）进行定性、定量分析 ，定量检测其代谢变化，通过测定整个机体的系统 代谢图谱来探讨基因功能调控机制的学科