人类代谢组计划草图绘就——专家认为可能比“人类基因组计划”产生更大影响

加拿大阿尔伯特大学的研究人员近日宣布他们刚刚完成了人类代谢组的首个草图，他们编制并描绘了人体内的2500种代谢物、1200种药物以及3500种食物的成分。该研究结果发表在《核酸研究》上。研究人员认为他们的研究成果代表了疾病诊断新纪元的开始。     

植物代谢组学及其与人类疾病和健康研究趋势

植物代谢组学的发展为人类充分认识植物代谢物和植物性化合物成分对人类疾病和健康的影响、定向改良作物品质、药物研发等带来了契机。围绕人类疾病与健康这一主题,结合文献计量方法,对植物代谢组学的发展态势进行简要分析。通过对植物科学及代谢组学的研究重点进行梳理,并总结植物来源的天然药物的开发及其在人类疾病预防等领域的研究进展,展示植物代谢组学及其在人类疾病和健康应用研究中的发展态势。     

基于质谱信号的代谢物鉴定:生物信息学的机遇与挑战

液相色谱-质谱联用是目前代谢组学研究中广泛采用的分析技术。随着海量质谱数据的产生,解析质谱信号所对应的代谢物分子显得越来越重要。由于代谢物中分子成分复杂多变,其质谱信号具有特定的数据分布特点。因此,开发适应这一特点的分析软件,扩展通用标准谱图库和代谢物数据库,增加代谢物的鉴定率是当前代谢组学研究的关键任务。本文主要介绍近年来基于质谱信号的代谢物鉴定研究领域的基本思路和最新进展。     

基于LC-MS代谢组学技术的丽豆-大豆差异代谢物比较研究

丽豆(Calophaca sinica)是我国华北地区特有的一种珍稀野生植物。为探明丽豆的营养价值，该文以大豆(Glycine max)为参照组，利用液相色谱-质谱联用(LC-MS)技术对其种子进行了比较代谢组学研究。结果表明：(1)丽豆和大豆中共检测到1 857种代谢产物，二者成分相同且含量相似的代谢物有1 698种(>90%),差异代谢物有159种(<10%)。(2)在差异代谢物中，成分差异的有9种，其中有5种为丽豆特有，剩余150种均为含量差异，其中48种(约30%)在丽豆中的含量高于大豆。(3) KEGG注释到8条差异代谢物显著富集(P<0.1)的通路，主要包括初生代谢物的各类氨基酸生物合成途径和次生代谢物的罗汉松脂素、花生四烯酸以及二萜类等生物合成途径。(4)丽豆比大豆含量低的化学组分主要是初生代谢产物，比大豆含量高的化学组分主要是次生代谢物，而这些次生代谢物在调节血糖、骨坏损修复、增强免疫以及消炎抗癌等生理过程中有着积极的作用。综上所述，该研究认为丽豆与大豆具有相近的营养价值，并且对改善人类亚健康状况有积极的影响；此外，该文使我们对丽豆的营养价值和代谢组成...     

代谢物感受与信号传递

代谢物感受及信号传递是最基本的生命活动之一。细胞在生物进化过程中产生了多种多样的机制感受内外环境中的代谢物波动,以协调细胞代谢本身以及代谢与其他生物学过程。虽然经过几十年的研究,细胞代谢网络已被清楚地解析和绘制,但人们对细胞感受代谢物波动的机制及其生理功能仍缺乏足够认识。除了经典的感受能量和氨基酸营养状态的AMPK和mTOR通路外,对于新的代谢物感受器分子以及代谢物感受机制了解甚少。根据目前对代谢物感受的认识,代谢物感受通路由感受器、信号转导蛋白和效应蛋白构成。代谢物的浓度变化可通过代谢物感受器、代谢物感受模块或代谢物分子对靶蛋白的化学修饰三种不同方式被细胞感受,并调控相应生理活动。细胞采取多种机制感受糖类、脂类、氨基酸、代谢中间体等代谢物的变化,整合细胞的营养和代谢状态,作出相应决策,协调生命活动的正常进行。代谢物感受异常是肿瘤代谢重塑的重要组成部分,因此代谢物感受也成为极具潜力的肿瘤代谢靶点。     

肠道菌群代谢物与炎症性肠病关系的研究进展CSCD

人类肠道菌群是一个复杂的共生微生物系统,长期定植于人类的胃肠道中,通过发酵产生大量的代谢产物,如短链脂肪酸、色氨酸及吲哚衍生物、胆汁酸和三磷酸腺苷等,对人体产生局部和全身的作用,并与炎症性肠病(inflammatory bowel disease,IBD)的发生发展密切相关。近年来,基于高通量基因测序技术的肠道微生物组学和代谢组学已成为新的研究热点,通过研究微生物群的小分子代谢物,发现微生物、代谢物和宿主三者间相互作用的潜在机制,而肠道菌群代谢物与IBD密切相关,这为预防和治疗IBD提供了新的策略。本文就近年来肠道菌群主要代谢物与IBD之间的关系及其潜在机制的重要研究成果进行综述。     

基于代谢组学技术的植物抗病相关代谢物研究进展

植物受到病原真菌侵染时往往通过调节体内代谢物的产生来增强自身抗性,代谢组学技术是研究植物抗病相关代谢物的重要工具。指认植物抗病相关代谢物不仅利于深入探讨其抗病机制,还可与其他组学技术结合,辅助抗性品种鉴定和抗病品种培育。该研究对近年来国内外有关基于代谢组学技术指认植物抗病相关代谢物的流程、已发现的抗病相关代谢物及其作用机制的研究进展进行综述,并探讨了目前应用代谢组学技术研究植物抗病相关代谢物过程中面临的挑战。     

代谢组学技术及其在临床研究中的应用

在后基因组时代, 系统生物学研究成为人们关注的焦点。转录组学、蛋白质组学等功能基因组学研究方法可同时检测药物或其他因素影响下大量基因或蛋白质的表达变化情况, 但这些变化不能与生物学功能的变化建立直接联系。代谢组学方法则可为代谢物含量变化与生物表型变化建立直接相关性。代谢组学研究的目的是定量分析一个生物系统内所有代谢物的含量, 进行全面代谢物分析需要分析化学技术的支撑, 核磁共振和基于质谱的分析技术是代谢组学研究的两种主要技术手段。代谢组学研究可产生大量数据信息, 对这些数据进行分析离不开化学统计学的应用, 比如主成分分析、多维缩放、各种聚类分析技术以及功能差异分析等。文章综述了近年来代谢组学分析技术及数据分析技术的研究进展, 在此基础上, 对代谢组学在临床研究及临床前研究中的应用研究进展进行了综述。对疾病代谢表型图谱的研究有助于人们了解疾病发生、发展以及致死的机制; 在临床条件下, 这些代谢图谱可以作为疾病诊断、预后以及治疗的评判标准。代谢物组成的变化是毒物胁迫对机体造成的最终影响, 利用代谢组技术可以直接反映毒物对机体的影响。质谱技术、核磁共振技术的应用使得药物筛选过程可以快速完成, 并有助于实现个性化用药。此外, 利用代谢组学技术还可以进行已知酶的新活性研究, 也可以研究未知酶。     

天蓝色链霉菌代谢物组测定方法优化及其代谢特征

链霉菌能够产生多种抗生素,具有重要的研究与应用价值。代谢物组学能够定性和定量测定胞内外主要低分子量代谢产物。相对于其他组学,代谢物组学在监控胞内代谢状态、指导物种理性改造方面具有独特优势。本文旨在建立一种快速、准确的链霉菌胞内代谢物分析方法。以模式菌株天蓝色链霉菌为研究对象,基于GC-MS分析平台优化了代谢物组学样品制备流程中的细胞淬灭时间、菌体分离方法、代谢物提取及代谢物衍生化条件,并利用该方法对天蓝色链霉菌不同生长时期各代谢途径的相对活性进行了初步分析。采用"低温淬灭(–40℃,4 min)-快速过滤分离-反复冻融(45 s/3 min)-衍生化(40℃,90 min)"的流程能够鉴定出中心代谢途径(糖酵解、戊糖磷酸途径和TCA循环)、氨基酸代谢途径、脂肪酸代谢途径、核酸代谢途径及部分次级代谢途径中的103种主要代谢物。利用该流程测定发现天蓝色链霉菌细胞生长周期中存在显著的代谢时序差异,并且发现氨基酸与脂肪酸代谢在衔接初级代谢与次级代谢生物合成中具有重要作用。本研究建立的测定方法能够有效地用于天蓝色链霉胞内代谢物分析,该方法将有助于深入刻画链霉菌细胞代谢过程,为菌株代谢工程改造增加次级代谢产物产量提供理性指导。     

南方红豆杉野生种与栽培品种‘金锡杉’针叶代谢物的比较分析

利用广泛靶向代谢组的方法对相同生境下南方红豆杉野生种(Taxuswallichiana var.mairei)及栽培品种‘金锡杉’(Taxus wallichiana var.maireicv.‘Jinxishan’)针叶中代谢物含量差异进行分析。结果表明:(1)在野生种和栽培品种的针叶提取物中,共鉴定出689种代谢物并获得其相应的积分定量值,包括初生代谢物326种、次生代谢物334种和其他类成分29种。(2)定量分析结果显示,有71种代谢物在两种红豆杉中的表达差异显著,这些差异代谢物主要富集在糖代谢、脂质合成等初生代谢途径,以及黄酮类合成等次生代谢途径中。(3)在‘金锡杉’针叶中,大多数氨基酸(5种)和黄酮类代谢物(10种)含量远高于野生种,而糖代谢(3种)、脂类合成(4种)及TCA循环(3种)途径中的差异代谢物含量均远低于野生种。研究认为‘金锡杉’针叶中黄酮类次生代谢物含量升高归因于苯丙氨酸和酪氨酸代谢途径的协同调控,从而增强‘金锡杉’对外界环境的适应性;而‘金锡杉’中低含量的,涉及糖代谢、脂类生物合成以及TCA循环等途径的代谢物造成的能量供应不足,则通过合成大量的氨基酸类物质来维持平衡。     

代谢组研究

代谢是生命活动中所有（生物）化学变化的总称。代谢活动是生命活动的本质特征和物质基础。代谢组是生物体内源性代谢物质的动态整体。代谢组学是关于生物体内源性代谢物质的整体及其变化规律的科学。系统生物学研究的本质就是要求对研究对象的相关分子机理进行定量、普适、整体和可预测性地认识。作为全局系统生物学的基础和系统生物学的一个重要组成部分,代谢组学是以物理学基本原理为基础的分析化学、以数学计算与建模为基础的化学计量学和以生物化学为基础的生命科学等学科交叉的学科。在过去七年多的时间里,这门新兴的学科得到了迅速的发展,并已广泛地应用到了分子病理学、毒理学、功能基因组学、临床医学和环境科学等领域。本文就代谢组学的本质、代谢组分析研究方法及其应用做了概述。     

代谢酶的非经典功能及代谢感知

代谢是基本的生命活动,代谢网络以代谢酶和代谢物为中心,为细胞的生命活动提供物质和能量基础。一方面,代谢酶发挥经典的功能,催化不同代谢通路中的代谢物,并受到严密调控,维持代谢稳态。另一方面,近年来国内外的研究,包括我们研究团队的工作证实了某些代谢酶和代谢物还可发挥非经典的兼有功能(moonlighting functions),参与信号通路调控和/或作为一个信号分子,对代谢进行更精细的调控,在机体的生理和病理过程中发挥关键作用。     

复方精油香气抗抑郁作用研究

研究复方精油香气经由人体嗅吸通路对抑郁症康复的辅助干预作用,运用GC-MS(气相色谱质谱联用技术)对抗抑郁复方精油的主要成分进行分析,同时通过尿液代谢组学研究方法,对样本中的代谢物检测分析,鉴定差异代谢物,寻找相关代谢通路。研究表明,抗抑郁复方精油共鉴定出41种化合物,主要为萜烯、醇、酯类等;精油香气干预前后,在抑郁症患者的尿液样本中发现甘氨酸,牛磺酸,丝氨酸等6个代谢物发生了显著变化,涉及到牛磺酸代谢及甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸代谢通路。表明抑郁症患者在康复阶段可以通过嗅吸精油香气经由对神经递质、牛磺酸等代谢途径的调节,发挥纾解抑郁症状的作用。     

多组学分析在昆虫滞育中的应用

组学技术将生物的相关问题分别展现在基因、蛋白质和代谢物等不同层次水平上,已成为解读生命过程的重要工具。本文分别从转录组学、蛋白质组学、代谢组学以及组学间的联合应用等方面概括总结了组学技术在昆虫滞育研究中的应用情况,阐述了以转录组学、蛋白质组学和代谢组学为代表的多组学技术在昆虫滞育调控分子机制中取得的重要成果,并针对当前研究现状,对昆虫滞育中组学技术应用的前景和局限性进行了总结和展望,以期为昆虫滞育调控分子机制的研究提供参考依据。     

生态代谢组学研究进展

代谢组学指某一生物系统中产生的或已存在的代谢物组的研究,以质谱和核磁共振技术为分析平台,以信息建模与系统整合为目标。随着代谢组学中的研究方法与技术成为生态学研究的有力工具,生态代谢组学概念应运而生,即研究某一个生物体对环境变化的代谢物组水平的响应。理清代谢组学与生态代谢组学学科发展的脉络,综述代谢组学研究中的常用技术及其优势与局限性,论述代谢组学技术在生态学研究中的应用现状,展望代谢组学技术与其他系统生物学组学技术的结合在生态学中的应用前景,提出生态代谢组学研究者未来要完成的任务和面对的挑战。     

代谢物感知失调的分子致病机理

代谢是最基础的生命活动.生物代谢网络由代谢酶和代谢物共同构成.相对于对代谢酶性质的深刻认识,对代谢物生理重要性的认识停留在物质代谢与能量代谢的水平.近年来,本研究组及国际上其他实验室的工作发现,代谢物具有信号传导功能.细胞内的代谢物水平通过不同的机制被感知,其信号通过不同的化学基础在蛋白质间相互传递并调控包括代谢、表观遗传和信号通路等重要生理过程.代谢物的失调也因此通过这些生理改变而导致人类疾病.本文对本研究组近年来在该领域的相关进展进行综述并讨论其理论及转化价值.     

重金属胁迫下的微生物代谢组学研究进展

微生物的代谢活动易受到环境变化的影响,当环境中存在重金属污染时微生物会通过调节代谢降低自身所受的重金属的毒害。本文通过微生物代谢组学研究探讨重金属胁迫下微生物代谢活动的响应情况,介绍了微生物代谢组学的相关技术和方法,对其应用进行说明;基于重金属对微生物细胞的毒害作用,对重金属胁迫下微生物代谢组学的相关内容进行综述,发现在重金属胁迫下,微生物可以通过增加代谢活动进而产生更多的代谢物质来响应重金属的胁迫,其中微生物产生的胞外聚合物、草酸和柠檬酸等代谢物在微生物响应重金属胁迫中具有重要作用。微生物通过产生相应代谢物不仅使自身可以在重金属胁迫下生存,这些代谢物还可以使环境中重金属有所减少,这对于利用微生物资源修复重金属污染具有重要意义。     

描绘人类代谢组

1998年,研究人员已经定义了“代谢物组”这个名词,之后该词每年只在一到两篇文章中出现。但是有着过去十多年分析化学研究方面给予的支持,该领域——集中关注细胞、组织或有机体内一整套小分子代谢——很快展示了新的特征：2008年,超过500篇文章提到了“代谢物组”一词。     

基于GC-MS分析刺五加和短梗五加不同器官的代谢差异特性

通过研究刺五加（Acanthopanax senticosus）与短梗五加（A. sessiliflorus）不同器官的初级代谢差异特性,探讨两者药效差异、药用价值及资源利用结构。利用代谢组学的研究策略,使用GC-MS技术从初生代谢的角度比较刺五加与短梗五加不同器官代谢差异特性。结果表明：在2种药用植物不同器官中共鉴定出186种初生代谢物,总体研究结果显示2物种在初生代谢上存在差异。进一步分析得到根中52种差异代谢物、茎中34种差异代谢物、叶中39种差异代谢物、叶柄中48种差异代谢物。差异代谢物涉及到的主要代谢途径有氨酰基-tRNA生物合成途径,缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成途径,甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢途径,精氨酸的生物合成途径,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢途径,丙酮酸代谢途径等。此外,发现4种连接初生代谢和次生代谢的关键性代谢物在两者不同器官中的水平存在差异。刺五加和短梗五加在不同器官初生代谢方面显著不同,这可能是造成2物种不同器官药理效应和次生代谢存在差异的原因之一。     

基于UPLC-MS/MS技术的代谢组学方法研究麸皮对杨树桑黄代谢的影响

桑黄孔菌属Sanghuangporus是一类具有重要药用价值的大型真菌,目前被国际公认为抗肿瘤效果最好的药用真菌之一。本研究以添加麸皮栽培的杨树桑黄Sanghuangporus vaninii子实体为研究对象,基于液质联用技术的广泛靶向代谢组学研究,从杨树桑黄子实体中检测出355种代谢产物,差异代谢物86种,上调51种,下调35种,主要集中在氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、糖及醇类、脂质、黄酮、生物碱、有机酸和酚酸等。KEGG代谢通路分析结果表明,差异代谢物富集于56条物质代谢通路,差异显著的有7条,分别为泛醌和其他萜类醌生物合成、次级代谢物的生物合成、色氨酸代谢、丙酸代谢、异喹啉生物碱生物合成和酪氨酸代谢。基于UPLC-MS/MS技术对杨树桑黄子实体进行代谢组学测定,确定麸皮的添加能够促进杨树桑黄次级代谢产物的合成和累积,为杨树桑黄的综合评价利用提供参考。