代谢组学技术的应用（一）

1949 人阅读发布时间：2016-06-07 14:06

经过十余年的发展，代谢组学已有了成形的技术方法，但远未成熟，需要深入发展。即使如此，代谢组学技术的应用已经波及到基础生命科学、病理生理、药物研发、营养与植物药学、环境科学等诸多领域，日益彰显出其强劲的应用潜力和学科辐射力。

一、基因及器官功能的研究

基因的改变有时会引起性状等宏观表型的变化，这些变化一般会伴随代谢组或者代谢表型的变化。即使基因改变不会引起宏观表型的显著改变时，也会引起生物内源性代谢组或者代谢表型的显著变化。因此，代谢组变化的分析可以与基因或其表达的改变联系起来，从而认识相关基因的功能。另外，通过分析敲除未知功能基因所引起的代谢组变化，就有可能认识该未知基因的功能，这类研究在突变体代谢组学研究领域尤其引人注目。

有趣的是，磁共振谱中不同区域的代谢物信号本身也可以和相关的器官功能联系起来。譬如，动物尿液核磁氢谱中高场(氨基酸与羟基羧酸等)信号常常与肾脏皮层S2／S3的状态有关；芳香区(马尿酸与苯乙酰谷氨酰胺等)信号与哺乳动物和肠道菌群的共代谢相关；低场的ATP／ADP信号与能量代谢有关。因此动物尿液核磁氢谱不仅是该动物的代谢谱，而且是反映其机体中多个器官的功能谱。代谢组学技术用于植物和动物基因功能方面的研究有待深入开展。

(二)药物研发

代谢组学技术已广泛应用于药物筛选、药物毒理、药理和临床评价等诸多方面。目前，化学药物的研发过程漫长，费用昂贵，淘汰率往往超过99%。近年来，即使上市的药物也因为其意想不到的不良后果而时有撤出市场，给药物研发本身造成巨大的成本损失。因此，在药物研发的早期阶段能够准确地提供重要相关信息的方法常常备受青睐。代谢组学技术就是这种方法的一个新典范。理论上讲，无论是药物的毒性还是疗效均是通过药物或者代谢物影响基因表达，改变蛋白质活性，调控内源性代谢网络而对机体产生作用。药物或其代谢物通过血流分布到组织器官和细胞，进而对血液、尿液和组织器官的代谢组产生一定影响。因此，分析这些体液或组织的代谢组就有可能获取药物代谢动力学、毒理学及药理学的丰富信息。迄今，最引人注目的就是药物毒理代谢组学研究及可预测性代谢组专家系统。

英国帝国理工学院的Nicholson研究组经过多年的研究实践证明，基于磁共振的代谢组学技术不仅能够有效判断药物毒性影响的组织器官及其位点和相关作用机制，确定毒理的生物标记物，而且能够在此基础上建立可预测性的机器学习专家系统以及毒素影响动物内源性代谢的动态变化轨迹。该团队联合数家国际制药公司执行了药物毒理代谢组学研究方面规模最大、投资最多且最有影响的COMET计划。他们使用磁共振技术分析了约150种标准毒素对啮齿动物模型的尿液、血液和部分组织代谢组的影响规律，说明了代谢组学方法在药物毒理研究的可行性、可靠性和稳定性，证明了磁共振方法在不同实验室的高度重现性，发展了一批新的代谢组学研究新方法，而且建成了第一个大鼠肝脏和肾脏毒性的计算机预测的专家系统。此后，又研究了标准毒素的致毒分子机理，为建立可预测性的构效关系专家系统奠定了基础。

最近，Clayton等人在Nature上发表文章，报道了第一篇使用动物服药前尿液代谢组(代谢表型)预测用药后药物效应的实验论文，标志着药理代谢组学(pharmacometabonomics)这个概念的诞生和预测药理学基础的奠定。可以预见，代谢组学技术在中药和某些食品的安全性的研究中会有一定潜力。

来源：北京标准物质网 www.biaowu.com

来源：中国微生物菌种网 www.bnbio.com

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