基于稳定同位素的代谢组学临床研究进展

基于稳定同位素示踪的代谢组学不仅能检测疾病发生发展及治疗过程中相关代谢物的变化,还可以对生物体系的代谢物进行定量分析并描述代谢特性。目前,稳定同位素示踪的代谢组学技术可在受试者体内直接追踪到代谢网络的单个原子,更有利于发现与疾病病因和诊断及药物疗效评估相关的生物标志物。现就稳定同位素示踪代谢组学在临床研究中的应用做简要概述,以期为将来更好地开展代谢组学在临床方面的研究提供重要依据。     

基于代谢组学技术探讨特色傣药肾茶的“雅解”作用机制

中药代谢组学是本草基因组学重要的组成部分,基于代谢组学技术研究中药及民族药作用机理已成为中药现代化研究的重要手段之一.傣药为中国"四大民族药"之一,具有完善的理论体系,其中"雅解"理论是其最具特色的医药理论."雅解"为傣语,意译为解药;肾茶是傣药"解药"之一,傣族人民长期代茶饮,临床上具有显著的保健和"解毒"作用.本研究应用液相色谱-质谱联用技术检测给予正常大鼠(Rattus norvegicus)肾茶提取物后大鼠尿液和血清中代谢物的变化,质谱数据采用正交偏最小二乘法判别分析方法寻找正常组和给药组之间的代谢物差异,并通过变量重要性投影选取潜在生物标志物,结合质谱信息和数据库检索对潜在生物标志物进行鉴定,将鉴定到的生物标志物输入MetPA数据库中构建代谢通路和关联网络.结果表明,两组大鼠尿液和血清中代谢物模式识别得到了很好的区分,分别发现并鉴定了39个尿液的潜在生物标志物和26个血清的潜在生物标志物,尿液的生物标志物主要与三羧酸循环、氨基酸代谢、辅酶A生物合成、脂类代谢、嘌呤代谢、胆汁酸合成等13条代谢通路相关,血清的生物标记物主要与氨基酸生物合成、氨基酸代谢、脂类代谢等5条代谢通路相关.该研究发现,口服肾茶提取物后可能提高机体基础代谢水平及免疫能力,同时提高机体对毒素的分解能力从而发挥其"解毒"机制.本研究为阐明肾茶的"雅解"机制提供了科学依据,同时为扩大肾茶的临床应用以及傣药中其他"雅解"类品种的开发提供了借鉴,也为丰富传统医药中"治未病"理论的科学内涵提供了参考.     

脂质组学分析方法进展及其在癌症研究中的应用

脂质占人体内源性代谢物的一半以上,种类繁多,结构复杂,因而具有多种生物功能,与多种生命活动密切相关。脂质组学是代谢组学分支的新兴学科,它可以通过比较不同生理状态下脂质含量的变化,寻找代谢通路中关键的脂质生物标志物,最终揭示脂质在各种生命活动中的作用机制。随着质谱技术的进步,脂质组学在疾病脂类生物标志物的识别、疾病诊断、药物作用机制的研究等方面已展现出广泛的应用前景。本文主要就脂质组学近几年的分析方法进展及其在癌症中的最新应用进行了综述。     

代谢组学在呼吸系统疾病研究中的应用进展

代谢组学是继基因组学、蛋白质组学、转录组学之后发展起来的一门新兴学科,是系统生物学的重要组成部分。随内外界条件的改变,生物样本(生物体、细胞和组织等)中内源性小分子代谢物的组成、含量也发生相应的变化,通过各种高通量的分析手段对生物样本进行分析,从而找出与疾病相关的生物标志物,为疾病相关机制研究提供了新的途径。疾病诊断相关生物标志物的研究是代谢组学主要应用领域之一。呼吸系统疾病是一直困扰人们健康的常见疾病,我们对近年来代谢组学在几类常见的呼吸系统疾病诊断或鉴别方面取得的进展进行简要综述。     

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。     

代谢组学在乳腺癌生物标志物研究中的现状及展望

代谢组学是近年来系统生物学研究领域中最活跃的分支学科之一,通过研究生命体在不同生理病理状态下所产生的内源性代谢物变化规律来揭示疾病相关的代谢本质.作为系统生物学研究中的后起之秀,代谢组学以其特独的研究视角和技术优势迅速而广泛地应用于癌症研究领域,已初步展现出广阔的临床应用前景.乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤,严重威胁着女性健康且呈年轻化趋势.利用代谢组学技术平台对乳腺癌进行研究,寻找潜在的代谢性生物标志物,有助于乳腺癌的早期诊断、疗效评价、预后监控及制定合适的个体化治疗方案,对改善乳腺癌患者的存活率具有重要意义.本文将对代谢组学的概念、研究方法及其在乳腺癌生物标志物研究中的应用进行综述.     

代谢组学及其在农作物研究中的应用

全球范围的农业发展均面临着各种胁迫因素的限制。基因组学、转录组学和蛋白质组学已经在农作物逆境下的基因和蛋白质调控机制研究方面取得一定进展,而应用代谢组学对作物机体的代谢物进行定性和定量检测,进而分析机体如何从代谢水平做出调整以及寻找到生物标志物,则是目前农作物科学领域的研究热点。简要综述了代谢组学在农作物非生物胁迫、生物胁迫、转基因研究中的应用以及主要研究方法,并对其研究前景进行了展望。     

基于超高效液相色谱质谱的药物性肝损害患者血清代谢组学研究

目的 应用代谢组学结合多变量统计学方法研究药物性肝损害患者血清当中的小分子代谢物质,寻找可用于药物性肝损害早期诊断的潜在生物标志物.方法 选择药物性肝损害患者26例和正常对照23例,应用非靶向的线性梯度超高效液相色谱质谱系统检测血清中的小分子代谢物质.结果 药物性肝损害组和对照组相比,血清中溶血卵磷脂C16∶0、溶血卵磷脂C18∶0、溶血卵磷脂C18∶3、溶血卵磷脂C18∶2的浓度明显降低,硬脂酰胺、油酰胺、十四酰胺、卵磷脂、甘氨鹅去氧胆酸、甘氨胆酸、胆红素、次黄嘌呤显著升高.结论 药物性肝损害患者代谢发生了显著的变化,根据代谢物质的变化有助于临床诊断,研究表明代谢组学是临床研究的一个强有力工具.     

代谢物组学及其在微生物研究中的应用

代谢物组学(metabolomics)是继基因组学(genomics)、蛋白质组学(proteomics)后发展起来的一门新学科。对代谢物组学的含义,研究方法及流程,特别是其在微生物中的应用进行了介绍,包括使用代谢物组学中的NMR技术研究微生物在降解环境污染物中的作用;使用代谢物组学技术研究微生物代谢通量,从而在分析代谢通量的基础上通过代谢工程改变代谢通量,提高目的产物的得率;确定所获得基因库中沉默基因的功能;运用代谢物组学分析方法阐明生物体系对于环境变化的响应,从而协助我们确定最佳的取样时间及最佳分析组织,设计实验。随后简要对代谢物组学发展动态进行了展望。     

荷瘤抑郁样模型小鼠的血清代谢组学研究

目的：从代谢组学角度开展肿瘤共病抑郁的研究,将在复杂疾病发生发展机制以及药物治疗新靶点方面做出有益探索。本实验采用代谢组学方法检测荷瘤抑郁样模型小鼠血清小分子代谢物的变化及抗抑郁药氟西汀的影响,探讨代谢组学在肿瘤共病抑郁研究中的应用。方法：制备移植性荷瘤小鼠模型,氟西汀处理组对荷瘤小鼠连续28d灌胃给药,观察各组行为学反应。采用液相色谱串联四级杆飞行时间质谱（LC—QToF／MS）获取荷瘤小鼠与正常小鼠的血清代谢轮廓,并用正交信号校正的偏最小二乘法（OPLS）进行多元统计分析,结合单维水平筛选结果,得到荷瘤小鼠区别于正常对照小鼠的特征性差异代谢物,并观察氟西汀对上述代谢物的影响。结果：行为学反应结果显示,与正常小鼠相比,荷瘤小鼠表现抑郁相关性行为改变,氟西汀对荷瘤引起的行为学变化有显著改善作用。代谢组学分析结果显示,荷瘤小鼠血清中乙酰肉碱和油酰胺的含量较正常小鼠显著降低,氟西汀处理后可增加荷瘤小鼠血清中的乙酰肉碱和油酰胺的含量。结论：基于代谢组学分析得到的特征性代谢产物的下调可能与荷瘤小鼠的抑郁样状态有关,氟西汀对这两种潜在生物标志物有明显的调节作用。代谢组学研究为疾病特异性生物标志物的筛选及药物药效的评价提供了新的思路与方法。     

炔诺酮暴露下斑马鱼候选生物标志物筛选研究

NET(炔诺酮, Norethindrone)是一种人工合成的孕激素, 被广泛应用于医学和畜牧养殖。近年来国内外不断报道的从环境中检测到的NET对鱼类的肝脏和内分泌均产生干扰效应。为了寻找水环境中的NET对鱼类影响的生物标志物(Biomarkers), 以成年雌性斑马鱼为动物模型, 暴露于500 ng·L-1 NET后60 d, 采集肝脏, 运用非靶向HPLC-TOF-MS的方法, 分析了斑马鱼肝脏代谢物在负离子模式条件下的变化。结果表明: (1)经500 ng·L-1 NET暴露的处理组与0 ng·L-1的对照组在PCA分析中分别聚集并明显分开, 说明NET对斑马鱼的肝脏代谢存在明显干扰作用。(2)代谢通路分析说明NET暴露显著影响了斑马鱼肝脏的硫胺素代谢、甘油磷脂代谢和花生四烯酸代谢过程; 另外, 差异代谢物网络关系图也显示磷脂和脂肪酸成分影响较大, 这与代谢物磷脂成分(PA、PC和PI等)和溶血磷脂(LysoPC)在NET处理后发生显著性变化的结果相一致, 推测NET可能影响了生物膜系统的结构和功能。(3)对鉴定的差异代谢物以VIP>1作为潜在标志物的筛选依据, 发现有代谢物3-甲基硫代丙酸和LysoPC(14:1(9Z))可能是NET对斑马鱼肝脏影响的潜在生物标志物。本研究为评价NET的生态风险提供了数据支持。     

植物响应病原真菌的代谢组学研究进展

代谢组学是对特定条件下的生物体内代谢物进行定性或定量分析,从而得到与特定生理或病理反应相关的代谢物变化的一门新学科,并因此被广泛应用于植物学、微生物学、毒理学及疾病诊断等领域。近年来,代谢组学开始应用到植物–微生物互作研究领域,尤其是在植物响应病原菌胁迫的研究中。该文综述了代谢组学的定义、研究方法及其在植物–病原真菌互作领域中的应用,并讨论了其研究前景和所面临的挑战。     

环磷酰胺对小鼠免疫抑制作用过程中代谢通路变化的代谢组学研究

目的采用代谢组学方法,研究环磷酰胺对小鼠免疫抑制作用过程中代谢通路的变化。方法采用流式细胞术了解免疫细胞变化情况,通过建立偏最小二乘法模型多结果进行判别。以偏最小二乘法模型中变量重要性投影(variable importance in projection,VIP)参数筛选潜在的生物标志物,通过统计分析确定差异性代谢物,借助代谢组学小分子化合物快速鉴定分析软件系统对差异性代谢物进行进一步鉴定分析,通过搜库及运算最终确定差异代谢物质9种,通路富集结果分析差异代谢通路3条。结果环磷酰胺对正常机体的不饱和脂肪酸的生物合成、线粒体脂肪酸代谢、甘油磷脂代谢、甾类激素的生物合成、花生四烯酸代谢、脂肪酸代谢、嘧啶的生物合成等代谢通路均产生明显影响。结论环磷酰胺在正常组与实验组中影响最重要的代谢通路为花生四烯酸代谢、甘油磷脂代谢和嘧啶代谢。     

基于质谱技术的肺癌代谢标志物筛选研究进展

肺癌早期诊断可显著改善患者预后,提高患者生存率。肺癌发生发展进程伴随机体代谢物变化,因此通过对体内代谢通路的全面检测,进而结合生物信息学工具分析代谢应答变化,可高效筛选肺癌相关代谢标志物,有助肺癌早期发现。近年来已开发多种代谢检测技术用于肺癌代谢标志物筛选,其中质谱技术在检测的灵敏度、特异性、分析速度、多指标平行检测等方面展现出显著优势,因此在癌症诊断、疾病监测和治疗等领域有重要地位。该文概述了质谱技术方法在肺癌临床诊疗应用中的最新研究进展,并对应用质谱方法学研究生物标志物的前景进行了系统性展望。通过对近期研究的深入了解,预期将进一步理解肺癌代谢特征,为肺癌早期诊断和治疗提供精准评估技术手段。     

代谢组学技术在营养学研究中的应用

代谢组学可以系统性地研究生物体受到扰动或干预后整体代谢水平的变化。文章概述了代谢组学技术的生物样品采集与制备、分析技术、数据处理与统计分析、差异代谢物结构鉴定与代谢通路分析等方法与步骤及其在营养学研究领域中的应用,展望了代谢组学技术在营养学研究领域的应用前景,以期为下一步的研究提供参考。     

代谢组学技术发展及其在农业动植物研究中的应用

代谢组学是依赖灵敏、稳定的分析流程和数据库,利用色谱–质谱联用、核磁共振技术对生物体内以及生物样品所有的小分子代谢物进行鉴定和定量分析的学科,在医学、食品科学、畜牧学、植物学等领域得到广泛应用。代谢组学方法可将代谢物种类和含量的变化与生物表型变化建立更直接的联系,因此代谢组学逐渐成为继基因组学、转录组学、蛋白组学后对复杂性状系统解析的新的研究手段。本文介绍了代谢组学常用分析策略、检测平台和常用数据库。在此基础上,综述了代谢组学在农业动物重要经济性状代谢分子鉴定、疾病诊断、肉品质及动物制品安全检测等领域取得的进展,并总结了利用代谢组学、转录组学和基因组学等多组学研究在动植物重要性状的发育、形成和解析等领域取得的最新成果。代谢组学与其他多组学方法整合分析,可以更全面地阐述各类复杂性状的遗传机制,有助于完善"突变–基因–表达–代谢–表型"的完整生物学过程,为复杂性状的机理解析提供新方法,为新型农业育种提供新思路。     

代谢组学技术及其在毒理学研究领域中的应用

代谢组学是近几年发展起来的对某一生物或细胞所有低分子量代谢产物进行定性和定量分析的一门新学科,其研究对象主要是生物体液,研究手段主要是核磁共振和质谱。简要综述了代谢组学的概念、代谢组学在毒理学研究领域中的应用、当前代谢组学研究中存在的问题及今后的发展趋势,并探讨了代谢组学在研究毒物作用机制、药物的临床前安全性评价、确定毒物作用靶器官及器官特异性新的生物标志物中的实际应用。     

基于核磁共振的肝癌大鼠血清代谢组学分析

本文通过腹腔注射二乙基亚硝胺(DEN)的方法,成功建立了大鼠的肝癌模型,并应用核磁共振的代谢组学技术,对肝癌模型组大鼠、以及正常组大鼠血清的代谢组分进行分析,判断小分子标志物的差异性。按照小剂量二乙基亚硝胺(DEN)间断性腹腔注射的方法建立肝癌大鼠模型,同时用正常大鼠作为对照,核磁共振氢谱检测对两组血清进行检测,获得各组大鼠血清中的代谢差异性。肝癌大鼠血清中的丙酮、乙酰乙酸升高,然而丙酮酸含量降低。代谢组学是指在体外系统分析生物系统内代谢物的变化并以此来评价外源性刺激的对机体的效果及其机制[1]。完整的代谢组学包括样品的采集、制备;其代谢产物的检测、鉴定;最后是数据分析、建模:建立代谢物与生物体本身疾病的关系[2]。代谢物的识别更容易、更能准确地反映生物体系的状态。本文运用代谢组学技术,在建立化学试剂诱导的肝癌大鼠模型的基础上,分析大鼠体内的化学成分,这有助于认识小分子物质对肿瘤的影响及其在肿瘤治疗的重要意义[3]。     

代谢物生物传感器:微生物细胞工厂构建中的合成生物学工具

代谢物生物传感器作为重要的合成生物学工具,能够感应细胞内代谢物浓度的变化,转化为特定信号输出,在微生物细胞工厂的构建中显现出巨大的应用潜力。其主要组成部分通常包括生物识别元件和信号输出元件,前者来源于自然界中丰富的调控元件,如转录因子、核糖开关等,有着不同的响应机理,后者可以为荧光信号、生长优势、特定代谢通路的开闭等,取决于应用所需。着重介绍了近年来代谢物生物传感器在微生物细胞工厂构建中的应用实例,主要包括目标化合物菌株的高通量筛选、选择、胞内代谢动态调控和非遗传异质性选择,同时也着重讨论了代谢物生物传感器的性能对于应用的影响和在实际应用中可能面临的机遇与挑战。     

代谢组学技术在水产动物疾病研究中的应用

代谢组学是定量描述生物内源性代谢物质的整体及其对内因和外因变化应答规律的的一门新学科。近年来,代谢组学技术在水产动物疾病中的研究备受关注,特别是为感染性疾病发生机制及防控研究提供了一种新的手段。本文介绍了代谢组学技术及其在水产动物研究中的应用,包括代谢组学技术在水产动物感染性疾病、细菌耐药及环境应激等方面应用进行综述,分析了代谢组学在水产动物疾病研究中面临的问题与挑战,并对未来水产动物代谢组学研究趋势进行了展望,以期为代谢组学技术在水产动物疾病发病机制和药物研发方面更深入的运用提供参考。