代谢组学及其研究进展

1　代谢组学的定义和特点　　近年来,随着人类基因组测序工作的完成,人们对生命过程的理解有了很大的提高,研究的热点转移到基因的功能和几个“组学”研究,包括研究核糖核酸(RNA)转录过程的转录组学、研究某个过程中所有蛋白及其功能的蛋白组学、研究代谢产物的变化及代谢途径的代谢组学。　　代谢组学作为一门新发展的技术,它是通过考察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,来研究生物体系的代谢途径的一种技术[1];它所关注的是相对分子质量为1000以下的小分子。代谢组学的代表…     

基于质谱技术的代谢组学研究及其在中国的发展

代谢组学是关于生物系统代谢物组成及变化规律的科学,是系统生物学的重要组成部分.质谱技术是目前代谢组学研究中最主要的分析手段之一,广泛应用于代谢组学各个领域.本文阐述了基于质谱技术的代谢组学方法及其应用,重点介绍和评论了近年来我国在该领域取得的进步和成果,并对基于质谱技术的代谢组学研究目前存在的问题及未来的发展进行了分析与展望.     

色谱-质谱联用技术在代谢组学中的应用

代谢组学是对生物体受外部刺激所产生的小分子代谢产物的变化或其随时间的变化进行研究的一门学科,以实现对体液、细胞以及组织提取物等复杂的生物样本中所有代谢产物的定性和定量分析为研究目标。色谱-质谱联用技术在代谢组学的研究中已显示出极大的发展潜力。本文主要综述近年来代谢组学研究中涉及的色谱-质谱联用技术及其数据处理方法,重点介绍各种分离技术的特点及其在应用中的关键问题,并对其在代谢组学应用中的未来发展给予展望。     

代谢组学研究策略与方法的新进展

代谢组学研究的是生物体系受到内在和外在因素刺激产生的内源性代谢变化,可以对那些能描述代谢循环情况的关键化合物进行定性和定量分析.近几年来,代谢组学已经成为生命科学领域一个重要的、有价值的工具,并在不断创新的分析技术推动下稳步发展.虽然代谢组学本身还存在一些不足,但许多研究者以解决问题为出发点,提出了一些新的研究策略、方法和技术.代谢组学发展呈现出整合一体化,定量化和标准化的趋势.本文对代谢组学的概况,现在的发展情况和未来的趋势进行综述.     

色谱-质谱联用技术在中药代谢组学研究中的应用

代谢组学是研究生物体被扰动后其代谢产物种类、数量及变化规律的科学,研究理念与中医药理论的整体、动态观念非常一致,目前很多工作已将代谢组学应用于中药药效物质基础、作用机制、复方及配伍规律等研究中,有望推动中医药现代化进程。色谱-质谱联用技术是代谢组学的主要分析技术平台,该文综述了近3年来色谱-质谱联用技术在中药代谢组学研究中的应用,重点介绍不同分离技术的特点及最新进展,并讨论了其存在的问题。     

代谢组学的整合化发展及其新进展

代谢组学迅猛发展,自身特点及科研使命决定了其整合化的必然趋势.近年来,代谢组学经历了内部整合(包括:检测技术整合、多样本整合分析、数据处理方法整合)以及外部整合(代谢组学与其它组学的整合分析).整合化发展增强了代谢组学在其应用领域的科学创新性与说服力.本文综述了代谢组学的整合化及其最新研究进展,并展望了其应用前景.     

非靶向代谢组学用于藜芦妨害人参治疗脾气虚的机制研究

采用超高效液相色谱串联四级杆飞行时间质谱( UPLC/Q-TOF-MS)联用技术,通过非靶向代谢组学方法分析大鼠尿液内源性代谢物的变化,研究藜芦妨害人参发挥药效作用的机制。建立脾气虚大鼠模型,连续给药15天,测定力竭游泳时间及血液中白细胞、红细胞、血红蛋白的含量。结果表明,人参可显著提高脾气虚模型大鼠的力竭游泳时间(p﹤0.01),升高白细胞、红细胞及血红蛋白含量(p﹤0.05,p﹤0.01),藜芦对脾气虚模型大鼠各项指标无明显影响(p>0.05),人参与藜芦配伍后对脾气虚模型大鼠各项指标均无显著影响(p>0.05),表明藜芦妨害了人参发挥药效作用。采用UPLC/Q-TOF-MS技术及非靶向代谢组学的方法分析了空白组、模型组、人参组、藜芦组、参藜组对脾气虚模型大鼠的尿液代谢组差异,其中主成分分析( PCA)得分图显示各组代谢轮廓有显著差别,并通过正交偏最小二乘法-判别分析( OPLS-DA)及数据库检索,鉴定出15种人参干预调节脾气虚模型大鼠的潜在生物标志物,从中找出了7种人参藜芦配伍后减弱人参上述干预作用的潜在生物标志物,并对其涉及的代谢通路进行了系统分析。上述研究结果表明,人参藜芦配伍后妨害了人参对脾气虚模型大鼠的治疗作用,其机理可能是影响人参对体内能量代谢、免疫平衡及氧化还原反应等相关代谢的调节。     

细胞代谢组学用于木犀草素抑制MCF-7细胞的机制研究

基于气相色谱质谱联用(GC-MS)技术将代谢组学的方法结合细胞周期的实验,研究木犀草素作用于MCF-7细胞的作用机理。细胞活性实验验证,木犀草素对MCF-7细胞有抑制作用,GC-TOF/MS对加药细胞和未加药细胞代谢物进行指纹图谱分析,并进一步应用偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)对代谢组学数据进行多维统计分析。结合木犀草素将细胞周期抑制在S期(Synthesis),推测木犀草素通过阻碍核酸代谢中的磷酸戊糖途径抑制MCF-7细胞的增殖。     

基于超高效液相色谱-离子阱-飞行时间质谱联用的白血病细胞及耐药细胞非靶标代谢组学研究

建立了一种基于超高效液相色谱-离子阱-飞行时间质谱(UPLC-IT-TOF MS)联用的非靶标代谢组学方法,研究了人慢性髓系白血病细胞及其阿霉素耐药细胞(K562和K562-ADM)之间的代谢物差异。考察了细胞破碎方法、提取溶剂体系和溶剂体积对细胞代谢物提取效果的影响,实验发现采用超声破碎法,以800μL的80%甲醇提取时可得到较多的代谢特征峰,方法重复性和稳定性较高。将建立的方法应用于K562及K562-ADM细胞的代谢组差异研究,对所得数据进行主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA)。结果显示2种细胞的代谢特征存在显著差异,并发现40个对分类有显著贡献的代谢物,差异代谢物主要参与氨基酸代谢、鞘脂代谢、嘌呤代谢和嘧啶代谢等通路。该方法可用于K562和K562-ADM细胞的代谢组差异研究,可望为白血病细胞耐药性的代谢组学研究提供帮助。     

中药通心络对抑郁-动脉粥样硬化大鼠干预作用的血浆代谢组学研究

采用快速液相色谱串联离子阱飞行时间质谱(UFLC/MS-IT-TOF)技术对通心络干预下的抑郁-动脉粥样硬化大鼠的血浆代谢谱进行研究.结果表明,抑郁-动脉粥样硬化模型大鼠体内的氨基酸代谢、脂肪酸的β-氧化、胆固醇代谢及磷脂代谢发生了异常.中药通心络通过调节模型大鼠体内的色氨酸、苯丙氨酸代谢及某些胆汁酸的代谢,抑制大鼠抑郁-动脉粥样硬化的形成.该研究结果表明代谢组学在中药整体性药效评价、作用机理的阐明等方面具有很好的应用前景.     

N-苄基十六碳酰胺促小鼠Leydig细胞增殖和分泌睾酮的1H NMR代谢组学研究

采用基于核磁共振氢谱(¹H NMR)的细胞代谢组学技术探讨了玛咖有效成分N-苄基十六碳酰胺(NBH)促进小鼠Leydig细胞增殖和分泌睾酮的作用机制. 测定了小鼠Leydig细胞在给药前后的细胞增殖率和细胞培养液中的睾酮含量, 采用主成分分析和正交偏最小二乘判别分析, 研究了小鼠Leydig细胞在给药前后细胞破碎液中的代谢物差异, 并进行了代谢通路分析. 实验结果表明, NBH能提高小鼠Leydig细胞增殖率和睾酮分泌量, 给药后小鼠Leydig细胞破碎液中的代谢轮廓明显改变, 共鉴定亮氨酸、 赖氨酸、 鲨肌醇、 缬氨酸和丙氨酸等24种差异代谢物. 经Metaboanalyst分析发现, 差异代谢物主要涉及丙氨酸/天冬氨酸/谷氨酸代谢、 甘氨酸/丝氨酸/苏氨酸代谢、 谷胱甘肽代谢及丙酮酸代谢等10条新陈代谢和遗传信息处理代谢通路, 初步阐明了NBH通过调节上述代谢通路的相关节点发挥促进小鼠Leydig细胞增殖和分泌睾酮作用.     

代谢组学方法研究水飞蓟宾对四氯化碳致小鼠肝损伤的保护作用

运用代谢组学方法研究四氯化碳(CCl4)致小鼠肝损及水飞蓟宾肝保护作用的机理. 通过气相色谱-质谱(GC-MS)技术分析CCl4及水飞蓟宾作用下的小鼠肝组织匀浆及血浆代谢物谱. 使用正交偏最小二乘判别分析法研究正常组与CCl4模型组之间的代谢物谱差异, 并通过变量重要性投影(VIP)选取肝组织与血浆中各12种标志性代谢物. 使用主成分分析法研究水飞蓟宾预防性及治疗性给药对CCl4肝损的干预效果. 通过比较选取的标志性代谢物的含量的差异, 探讨了水飞蓟宾对CCl4致小鼠肝损的保护机理. 结果表明, CCl4作用后, 小鼠机体能量代谢、氨基酸代谢及脂类代谢都受到不同程度的影响. 水飞蓟宾能有效地缓解CCl4所造成的体内线粒体功能及氨基酸代谢紊乱. 采用代谢组学方法能较全面地反应生物体的生理及代谢状态, 并可应用于物质毒性和药效评价研究.     

基于质谱分析的代谢组学研究进展

质谱分析技术是代谢组学研究的重要技术之一。该文通过近5年来的文献分析,对基于质谱分析的代谢组学研究方法的新进展,包括样品前处理方法、分析检测方法、数据处理方法等,以及近年来代谢组学在疾病诊断、药物研发、营养学、毒理学、运动医学等领域的应用进展,进行了较全面的综述,并对未来的发展趋势进行了展望。     

基于液相色谱-质谱技术的代谢组学分析方法新进展

液相色谱-质谱联用技术是代谢组学研究领域的主要技术平台之一,近年来基于液相色谱-质谱联用技术的代谢组学分析方法获得了巨大发展。本文结合本研究组在代谢组学方面的研究成果,综述了近年来液相色谱-质谱联用技术在代谢组学分析方法方面的新进展,并对其发展前景进行了展望。综述引用文献41篇。     

代谢组学及其在微生物领域的研究进展

代谢组学、基因组学和蛋白质组学是系统生物学研究的重要组成部分。本文在文献和作者本人研究的基础上,对代谢组学的产生和技术平台及其在环境微生物领域的研究进展进行了评述。     

大鼠尿液中壬基酚的代谢轮廓

运用代谢组学方法研究了壬基酚对大鼠尿液代谢的影响, 通过高效液相色谱-飞行时间质谱技术建立了大鼠尿样的代谢指纹图谱, 用主成分分析法分析给药组与对照组代谢物指纹图谱的差异, 通过t检验选取潜在的生物标志物及效应标志物, 并结合代谢物数据库检索对其进行鉴定. 结果表明, 壬基酚给药后, 尿液中含量变化显著的成分苯基葡萄糖苷酸、L-高半胱氨酸、3-硝基丙酸、肌酸酐、左旋肉碱及5-羟色胺等构成了大鼠尿液代谢的轮廓, 它们在生物体内的变化可能对生殖系统、免疫系统、神经系统及脂肪的代谢造成一定的影响, 从代谢的角度解释了环境雌激素壬基酚对生物体的危害, 为毒理学研究提供了依据.     

基于核磁共振技术的代谢组学研究在口腔疾病中的进展

代谢组学是近年来发展起来的组学技术,越来越多地被用到生物技术各个领域。通过定性定量分析复杂生物样品中小分子代谢物的变化,反映生物体的生理病理状态。在口腔疾病研究中,代谢组学研究也获得了密切关注,它可以为临床研究提供重要参考信息。核磁共振技术可以无损伤、非侵入性地获取生物体的信息,使其在代谢组学研究中迅速发展。本文综述了基于核磁共振技术的代谢组学研究在口腔癌、牙周病、龋病等口腔疾病方面的应用,并对其发展趋势做出展望。     

基于液相色谱-质谱联用技术的代谢组学分析方法研究进展

代谢组学是研究小分子代谢物的有用工具,能够直接反映生命体终端和表型信息,在精准医学和转化医学中发挥着重要作用。色谱-质谱联用技术具有灵敏度高、选择性好、动态范围宽、信息丰富等优点,已成为代谢组学研究的主要技术平台。代谢组学分析方法的创新与进展是代谢组学在各领域广泛应用的重要前提。该文综述了近5年来基于液相色谱-质谱联用技术的代谢组学分析方法取得的成果,并对目前存在的问题及发展前景给予展望。综述引用文献81篇。     

微生物代谢组学的样品前处理

微生物代谢组学是指全面分析(定性和定量)细胞生长或生产周期某一时刻细胞内和细胞周围的所有低分子量代谢物.微生物代谢组学研究需要可靠和重现地分析细胞内较宽动力学浓度范围(nmol～mmol)、化学功能各异的代谢产物,因此,需要对从生物量培养、灭活和代谢产物的提取到代谢物的定量分析这整个实验过程提出耐用、可重现和可靠的实验方案.本文介绍了灭活过程中细胞内代谢产物泄漏的处理方法,较为详细地论述了通过灭活草案捕获代谢反应活性方法和代谢物提取方法的优化,并对微生物代谢组学样品前处理的目前发展趋势提出初步见解.     

基于液相色谱-质谱联用技术的代谢组学方法在细胞种属分类中的应用

细胞内的代谢产物可以反映细胞的生理状态。为了考察基于胞内代谢物的指纹图谱对不同种属细胞进行区分的可行性,利用基于超高效液相色谱-高分辨飞行时间质谱(UPLC-TOF MS)技术的代谢组学方法对5种不同来源的细胞进行分类,获得了小分子代谢产物的差异表达谱,并采用主成分分析(PCA)数据处理方法对各类细胞进行模式识别。研究结果表明,不同的细胞种属之间均能呈现显著性差异。该研究可从分子水平对细胞种属进行分类,为细胞种属的鉴定与评价提供了一种新的技术方法,为细胞组学的深入研究提供了一种潜在的、非常具有应用前景的技术手段。