文 献 综 述

代谢组学(metabonomics)来源于代谢组(metabolome)一词。代谢组被定义为一个细胞，组织或器官中的所有小分子代谢组分的集合^[1]。因而，代谢组学被认为是效仿基因组学、转录组学和蛋白质组学的研究思想^[2]，以组群指标分析为基础，以高通量检测和数据处理为手段，以信息建模与系统整合为目标的系统生物学的一个分支，是继基因组学、转录组学、蛋白质组学后系统生物学的另一重要研究领域^[3]。

在国外，代谢组学则根据研究方法和对象的不同而在含义和名称上有些差别．由metabolome直接衍生而来的metabolomics着重研究的是单个细胞或细胞类型中所有的小分子成分和波动规律，或许可以叫做细胞代谢组学，目前主要应用于植物生理和微生物领域的研究^[4-9]，但也有应用于动物组织和细胞的^[10-14]，所采用的技术手段以GC-MS为主，也有采用其它色谱手段和NMR及LC-MS方法的。代谢物组学的研究对象主要是各种生物体液，如：尿液、血液、唾液等。它研究的是生命个体对外源性物质(药物或毒物)的刺激、环境变化或遗传修饰所做出的所有代谢应答的全貌和动态变化过程。代谢组学方法为生命科学的发展提供了有力的现代化实验技术手段，同时也为新药临床前安全性评价与实践提供了新的技术支持与保障^[15]。

代谢物组学分为以下几个研究层次 ：第一个层次：代谢靶标分析(target analysis)，这是代谢物组学初级的研究目标，从一些特殊的生物代谢转化途径出发，结合可预知的代谢响应机理，识别代谢过程中的生物标记物；第二个层次：代谢轮廓分析(metabolic profiling analysis)，代谢轮廓分析覆盖了各个代谢途径中能把握整体信息的一些关键信息点，对某一具体的代谢途径而言，它不像代谢靶标分析那样进行精确的定量，也没必要对这一途径的所有代谢产物进行全分析 ^[16]；第三个层次：代谢指纹分析(metabolic fingerprinting analysis)，代谢指纹分析在代谢轮廓分析的基础上更加复杂化，不关心特殊组分，而是对样品进行快速筛选分类；第四个层次：代谢物组学，研究代谢过程中所有代谢产物的变化情况。与前三个层次相比，代谢物组学研究更加系统化、整体化。

在代谢物组学研究中，还有另外一个细胞层次上的组学研究分支称之为”metabolomics”，为便于区分，可翻译为细胞代谢物组学，这个概念源自于代谢控制论 ，最初是基于细胞代谢组(metabolome，研究的内容为单细胞代谢物的组成)的研究思想提出的^[17]。

组成系统生物学的基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等各种”组学”研究在生命科学领域中发挥了重要的作用，它们分别从调控生命过程的不同层面进行研究，使人们能够从分子水平研究生命现象、探讨生命的本质，逐步系统地认识生命发展的规律^[18,2]。

与其它组学相比，代谢组学具有以下优点:（1)基因和蛋白表达的有效的微小变化会在代谢物上得到放大,从而使检测更容易；（2)代谢组学的技术不需建立全基因组测序及大量表达序列标签( EST) 的数据库；（3)代谢物的种类要远小于基因和蛋白的数目。每个生物体(organism)中代谢产物大约在10^3 数量级,而最小的细菌,其基因组中也有几千个基因；（4）因为代谢产物在各个生物体系中都是类似的,所以代谢组学研究中采用的技术更通用^[19]。

完整的代谢组学流程包括样品的采集、预处理、数据的采集和数据的分析及解释。代谢组学主要是对特定条件下或某一时刻细胞内代谢物进行的分析, 因细胞内酶系活跃、代谢转换迅速, 取样和样品制备方法显著影响分析结果的准确性、重复性。因此, 做好样品的前处理是取得可靠分析结果的先决条件。另外，由于代谢组学力求分析生物体系(如体液和细胞) 中的所有代谢产物，整个过程中都强调尽可能的保留和反映总的代谢产物的信息。

与原有的各种组学技术中的分析对象不同,新兴的代谢组学分析的对象种类繁多,性质差异很大,浓度范围分布广,要对它们进行无偏向的全面分析,单一的分离分析手段难以胜任^[20]。生物体液中包含着复杂的内源性代谢物信息,核磁共振、色谱及联用技术、红外光谱(IR) 和毛细管电泳已用于代谢物组学的研究中。其中,NMR 以其非破坏性和普适性已成为代谢物组学的主要分析手段；色谱的联用技术(GC/MS 和LC/MS) 以其在分离定性方面的极大优势也在研究中占有重要地位^[21]。其中，LC-MS技术受到了广大研究者的推崇。

高效液相色谱（HPLC）被广泛地应用在生物样品的分析，具有分离效率高、分析速度快、应用范围广等特点，但几乎全都是目标成分分析而不是结合化学计量学的整个样品的指纹谱分析。液相色谱技术强大的分离能力和高灵敏度使人们认识到它也可以用于生物体液指纹谱。但是色谱用于高通量的样品轮廓谱分析时，还有许多技术问题需要解决。Pham-Tuan等针对这些问题，建立了应用HPLC进行高通量轮廓谱分析的常规方法^[22]。

LC-MS技术不受此限制，又经济实用，适用于那些热不稳定，不易挥发、不易衍生化和分子量较大的物质。质谱多通道监测的功能和色谱卓越的分离能力使LC-MS技术对检测样品的浓度和纯度要求与NMR技术相比明显降低，甚至对含量极低的物质也能通过优化质谱的扫描模式给出可视化响应。同时，LC-MS技术又有较好的选择性和较高的灵敏度，得到了越来越广泛的应用^[23]。