代谢组学【概述】代谢组学(metabonomics/metabolomics)是效仿基因组学和蛋白质组学的研究思想，对生物体内所有代谢物进行定代谢组学量分析，并寻找代谢物与生理病理变化的相 对关系的研究方式，是系统生物学的组成部 分其研究对象大都是相对分子质量 1000以内的小分子物质先进分析检测技术结合模 式识别和专家系统等计算分析方法是代谢组 学研究的基本方法代谢组学是继基因组学和蛋白质组学之 后新近发展起来的一门学科，是系统生物学 的重要组成部分基因组学和蛋白质组学分别从基因和蛋白质层面探寻生命的活动，而实际上细胞内许多生命活动是发生 在代谢物层面的，如细胞信号释放(cell sig nali ng )，能量传递，细胞间通信等都是受代谢物调控的代谢组学正是研究代谢组( metabolome) 在某一时刻细胞内所有代谢物的集合一一的一门学科基因与蛋白质的表达紧密相 连，而代谢物则更多地反映了细胞所处的环境，这又与细胞的营养状态，药物 和环境污染物的作用，以及其它外界因素的影响密切相关因此有人认为，“基因组学和蛋白质组学告诉你什么可能会发生，而代谢组学则告诉你什么确 实发生了 ( Bill Lasley, UC Davis )代谢组学的概念来源于代谢组，代谢组是指某一生物或细胞在一特定生理 时期内所有的低分子量代谢产物，代谢组学则是对某一生物或细胞在一特定生 理时期内所有低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析的一门新学科 (Goodacre，2004)。
它是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代谢组学主要研究的是作为各种代谢路径的底物和产物的小分子代谢物 (MWV1000在食品安全领域，利用代谢组学工具发现农兽药等在动植物体 内的相关生物标志物也是一个热点领其样品主要是动植物的细胞和组织的提 取液主要技术手段是核磁共振(NMR，质谱(MS ,色谱(HPLC GC，其 中以NMF为主通过检测一系列样品的 NMR谱图，再结合模式识别方法，可以 判断出生物体的病理生理状态，并有可能找出与之相关的生物标志物(biomarker )为相关预警信号提供一个预知平台发展史】代谢组学 (metabolomics )的出现是生命科学研究的必然在 20世纪90年代中期发展起来的代谢组学，是对某一生物或细胞中相对分子量小于 1,000的小分子代谢产物进行定性和定量分析的一门新学科代谢组作为系统生物学 的重要组成部分，在临床医学领域具有广泛的应用前景代谢产物是基因表达的最终产物，在代谢酶的作用下生成虽然与基因或 蛋白质相比，代谢产物较小，但是不能形成代谢产物的细胞是死细胞，因此不 能小看代谢产物的重要性。
研究人员通过对机体代谢产物的深入研究，可以判断机体是否处于正常状 态，而对基因和蛋白质的研究都无法得出这样的结论事实上，代谢组学研究 已经能诊断出一些代谢类疾病，如糖尿病、肥胖症，代谢综合症目前，已经 研究清楚的普通代谢途径包括三羧酸循环（ TCA，糖酵解，花生四烯酸 （AA/ 炎症途径研究方法】代谢组学的研究方法与蛋白质组学的方法类似，通常有两种方法一种方 法称作代谢物指纹分析 （ metabolomic fingerprinting ），采用液相色谱 - 质 谱联用（LC-MS的方法，比较不同血样中各自的代谢产物以确定其中所有的代 谢产物从本质上来说，代谢指纹分析涉及比较不同个体中代谢产物的质谱峰， 最终了解不同化合物的结构，建立一套完备的识别这些不同化合物特征的分析 方法另一种方法是代谢轮廓分析（ metabolomic profiling ）, 研究人员假定了一条特定的代谢途径，并对此进行更深入的研究对于代谢产物来说，不仅只有质谱峰这个特征更进一步说，质谱（ MS）并不能检测出所有的代谢产物，并不是因为质谱的灵敏度不够，而是由于质谱 只能检测离子化的物质，但有些代谢产物在质谱仪中不能被离子化。
采用核磁 共振（NMR的方法，可以弥补色谱的不足剑桥大学的 Jules Griffin 博士， 正在使用质谱与核磁共振结合的方法，试图建立机体中的完整代谢途径图谱 Griffin 用核磁共振检测高丰度的代谢产物，由于核磁共振检测的灵敏度不高， 所以只用于分析低丰度代谢产物过去，只有毒理学方面的研究使用核磁共振，而质谱只在植物代谢研究中 采用如今，这两种方法在代谢组学研究中已经普遍使用为在不同样品间进 行有意义的比较，研究人员必须结合使用这两种方法获得的大量数据进行分析 此外，还需要结合基因组学研究获得的数据Gary Siuzdak博士在美国克利普斯研究院（TSRI）从事生物信息学问题的 研究，他设计了一个分析来自不同样品代谢产物变化的实验方案研究人员可 以通过生物信息学软件XEMS：匕较不同的数据，从而识别出代谢产物软件提供 了所有代谢产物的分子量数据，这些代谢产物浓度因不同的个体而变化公众 可以从网上免费获取这些数据Siuzdak 博士表示，他们正采用综合研究的方法进行代谢组学研究，试图 检测出尽可能多的代谢产物，超越人们过去使用方法所能达到的目标通过个 体研究，希望能在一定程度上识别出与应激有关的新分子，这些应激物可能是 一种疾病，一种敲除酶，或者是其他的物质。
发展前景】更好的“组学”？ 代谢组学是继基因组学、蛋白质组学、转录组学后出现的新兴“组学” , 自 1999 年以来，每年发表的代谢组学研究的文章数量都在不断增加从表面上看， 代谢组学的发展很迅速，但是仍然远远落后于基因组学和蛋白质组学我们 还在期待着重大发现”， Griffin 博士解释说，在 Nature 上发表的那些文章， 让人们对代谢组学充满了期待：寻找一种新的生物标记物，发现一条新的代谢 途径，或更深入的了解目前已知的这些途径尽管还没有经典论文出现 , 但是研究人员相信，与基因组学和蛋白质组学相 比，代谢组学将在临床上发挥更大的作用许多公司通过市场研究发现，健康 人并不希望进行基因型分析，所以，对于这些人群来说，基因组学研究在临床 上的应用很有限而代谢组学与临床化学较为相似，且相对于基因组学来说， 提供的个人信息更少，故其在临床上的应用有可能产生一定的影响较低的费 用，是促使代谢组学在临床上易于接受的另一个原因 Griffin 博士指出，与 其他“组学”研究相比，代谢组学的费用更低，研究人员可以通过代谢组学研 究筛检出代谢产物，然后采用更昂贵的基因组学和蛋白质组学的方法对有意义 的代谢产物进一步加以研究。
首先，必须识别出代谢产物，这并不是简单的工 作 Siuzak 博士认为，代谢组学研究最大的挑战就在于对代谢产物的识别，这 也是最有趣的方面，而更具挑战性的工作，是进一步确认所有代谢物的功能 此外，质谱分析发现，代谢产物的同质性不高，由于缺乏均匀性，使色谱分析 变得更加困难，无法识别出样品中的未知物质疾病诊断应用】与基因组学和蛋白质组学相比，代谢组学的研究侧重于相关特定组分的共 性，最终是要涉及研究每一个代谢组分的共性、特性和规律，目前据此目标相 距甚远尽管充满了挑战，研究人员仍然坚信，与基因组学和蛋白质组学相比， 代谢组学与生理学的联系更加紧密疾病导致机体病理生理过程变化，最终引 起代谢产物发生相应的改变，通过对某些代谢产物进行分析，并与正常人的代 谢产物比较，寻找疾病的生物标记物，将提供一种较好的疾病诊断方法代谢组学研究人员已经对此进行了研究新生儿是否缺失酶基因，可以在 出生时就检测出来可检测出包括涉及合成途径中的基本成分（如氨基酸）的 酶酶缺失的结果就是相应的代谢产物过少或过多苯丙酮尿症（ PKU是一种常见的婴儿疾病这种疾病是由于缺失将苯丙氨酸水解成酪氨酸所必须的苯丙 氨酸水解酶基因，导致血液中苯丙氨酸累积造成的。
若是不能及时检测出这种 天生的代谢缺乏，在婴儿出生后九个月内，就会引起无法挽救的大脑损伤这 种疾病通过简单的血样和尿素化验就可以确诊而血样和尿素化验以后也将成 为代谢指纹研究方法的一部分像苯丙酮尿症那样的疾病，研究人员正试图从 疾病的生物化学基础着手，而不是仅仅检测生物标记物他们希望通过代谢组 学，可以找到更好的方法去治疗这些疾病Siuzdak 博士对于代谢组学持乐观而现实的态度代谢组学还只是在初 生阶段”，他解释说，如果我们能够了解代谢产物的 5~10％，就很幸运了若是这样考虑的话，现实就是，我们对这些分子的作用仍然一无所知但是，相 信随着其方法的不断完善和优化，代谢组学研究必将成为人类更高效、准确地 诊断疾病的一种有力手段。