代谢组学技术及其在中西医结合研究中的应用展
2015-05-03 01:44
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作者:吴斌, 严诗楷, 沈自尹, 张卫东 【关键词】 代谢组学
作者:吴斌, 严诗楷, 沈自尹, 张卫东
【关键词】 代谢组学;
中西医结合; 医学; 综述
代谢组学是继基因组学和蛋白质组学之后发展起来的一种
研究生物系统的组学方法。它是英国Nicholson教授及其同事于1999年正式提出的[1]。代谢组指的是“一个细胞、组织或器官中,所有代谢组分的集合,尤其指小分子物质”,而代谢组学则是一门“在新陈代谢的动态过程中,系统研究代谢产物的变化规律,揭示机体生命活动代谢本质”的科学[2],它所关注的是相对分子质量为1 000以下的小分子。近年来代谢组研究已引起众多研究者的注意,代谢组学与基因组学和蛋白质组学不同,基因组学和蛋白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;还有研究者认为代谢组学是“组学”研究的终端[3]。为更好地将代谢组技术应用于中西医结合研究中,本文根据近年来国外的相关资料,对代谢组学的实验技术、分析技术及其在现代医学中的应用现状进行了综述,同时对代谢组学在中西医结合研究中的发展趋势进行了展望。
1 代谢组学的实验技术
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,比如气相色谱仓势琢用仪(gas chromatography瞞ass spectrometer, GC睲S)和液相色谱仓势琢用仪(liquid chromatography瞞ass spectrometer, LC睲S)等[4]。核磁共振光谱分析法是目前代谢组学研究应用最广泛的方法,NMR的优势在于对样品无破坏性,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。目前常用的是1D睳MR,比如Brindle等[5]应用NMR研究高血压患者血清的代谢谱特征;Lehnhardt等[6]应用NMR研究原发性和继发性脑肿瘤的代谢谱差异等。1D睳MR光谱的信息量大,但不可避免地存在峰图的重叠,影响了随后的分析,而2D睳MR大大地改善了1D睳MR峰图的质量[7],一些研究者开始应用2D睳MR开展代谢组研究,如Choi等[8]为了研究被烟草花叶病毒感染烟草的代谢谱变化,应用2D睳MR方法,结果发现5猜淘酸等代谢物明显增多。气相色谱仓势琢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睲S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;衍生化预处理限制了GC睲S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。如A等[9]针对GC睲S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。液相色谱仓势琢用主要是高效液相色谱质谱(high performance liquid chromatography瞞ass spectrometry, HPLC睲S)联用,HPLC睲S进样前不需进行衍生化处理,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,分析的时间相对较长;没有化合物数据库可供检索和比对,样品的鉴别还需进一步的分析[10]。如Yang等[11]使用LC睲S方法结合主成分分析(principle component analysis, PCA)方法,比较肝炎、肝硬化与肝癌病人的尿液代谢谱的差异,结果发现一组尿代谢物与肝癌的相关性优于传统单一的甲胎蛋白。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,有研究者将三种技术联合应用于代谢组的研究。如Lenz等[12]应用1H睳MR和HPLC睺OF睲S睲S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惭趸物(trimethylamine n瞣xide, TMAO)降低等变化特点。
(科教作文网http://zw.nseAc.com) 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,而毛细管电泳仓势祝╟apillary electrophoresis瞞ass spectrometry, CE睲S)所需样品量少,已广泛地应用于代谢组的研究中,如Sato等[13]选择了CE睲S进行了水稻叶的代谢物检测,成功地检测了88种代谢物,这些代谢物涉及到醣酵解、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。近年来为了监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,如Price等[14]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。作者提出微量渗析技术和NMR相结合是代谢组研究的强有力工具。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。