代謝組學(xué)的研究現(xiàn)狀與展望

代謝組學(xué)的研究現(xiàn)狀與展望

代謝組學(xué)的出現(xiàn)最早源于代謝的輪廓分析，這是在70年代首次提出的。1999年英國皇家理工大學(xué)Nicholson教授及其同事給出了代謝組學(xué)的概念,他們認(rèn)為代謝組學(xué)是功能基因組學(xué)的一個重要分支,是關(guān)于定量描述生物內(nèi)源性代謝物質(zhì)的整體及其對內(nèi)因和外因變化應(yīng)答規(guī)律的科學(xué)。代謝組學(xué)從整體觀出發(fā),以機(jī)體代謝物組變化為載體,根據(jù)時空動態(tài)性和全局性的觀點(diǎn),試圖全面的解析疾病對機(jī)體的影響。辨證論治是是中醫(yī)診治疾病的基本原則,所謂“證”即是指從整體性出發(fā),對個體疾病狀態(tài)下特征的描述以及對疾病內(nèi)在變化規(guī)律的概括,代謝組學(xué)所研究的的是人體生化網(wǎng)絡(luò)對所有擾動因素進(jìn)行應(yīng)答和變化的終端信息,這兩者的內(nèi)涵接近。一方面代謝組學(xué)具備反映和解決證候問題的分析功能;另一方面由于決定其準(zhǔn)確性的現(xiàn)代高性能儀器的進(jìn)一步優(yōu)化,極大地提高了診斷或評價指標(biāo)的科學(xué)化、規(guī)范化和定量化,避免了人為因素的干擾,為證候標(biāo)準(zhǔn)化的研究提供了一種可行的方法。代謝組學(xué)的優(yōu)越性代謝組學(xué)是通過考察生物體系受刺激或擾動后其代謝產(chǎn)物及其隨時間的變化規(guī)律,來研究生物體系的代謝途徑的一門新近發(fā)展起來的技術(shù)。代謝組學(xué)的研究步驟可概括為樣品制備,代謝產(chǎn)物的分離、檢測與鑒定,數(shù)據(jù)分析與模型建立4個部分。代謝組學(xué)是在新陳代謝的動態(tài)過程中,系統(tǒng)研究代謝產(chǎn)物的變化規(guī)律,解釋機(jī)體生命活動代謝本質(zhì),是系統(tǒng)生物學(xué)的研究的最終方向。與其他系統(tǒng)組學(xué)有本質(zhì)上的差別,可以概括為基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)告訴我們可能發(fā)生什么,而代謝組學(xué)則告訴我們已經(jīng)發(fā)生了什么。相比之下,代謝組學(xué)還具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)從代謝物水平將基因和蛋白表達(dá)的微小變化放大;(2)代謝物的種類少;(3)代謝物的分析可反映機(jī)體的生理和病理狀態(tài);(4)代謝物譜具有通用性,且檢測技術(shù)多樣及其標(biāo)本容易獲得。當(dāng)今社會,中西醫(yī)結(jié)合已經(jīng)成為一種醫(yī)學(xué)上的必然趨勢,中醫(yī)以元?dú)庹撟匀挥^為哲學(xué)基礎(chǔ),將人體看成是一個有機(jī)整體,通過整體的相互協(xié)調(diào)和相互聯(lián)系來整治疾病;而西醫(yī)則以原子論自然觀為基礎(chǔ),遵循還原論的思維方式來探討疾病。代謝組學(xué)作為現(xiàn)代系統(tǒng)生物學(xué)的一部分,研究的是生物體代謝變化所產(chǎn)生的整體性效應(yīng),這剛好與中醫(yī)學(xué)的整體觀念和證候?qū)W說相吻合。根據(jù)中醫(yī)的八綱辨證,可將虛證分為氣虛、血虛、陰虛、陽虛4種證候,這些虛證大多與后天的環(huán)境有關(guān)。而從西醫(yī)的角度看,基因和蛋白質(zhì)主要取決于先天遺傳,并不能從本質(zhì)上發(fā)現(xiàn)其發(fā)病機(jī)制,但是患者的內(nèi)在改變可通過機(jī)體排泄的代謝物表現(xiàn)出來,這些代謝物既是人體外候表現(xiàn)的內(nèi)在物質(zhì)基礎(chǔ),又是人體“黑箱”內(nèi)部分子過程的外在物質(zhì)表現(xiàn),所以代謝組學(xué)可以通過研究血、尿等代謝產(chǎn)物中的相對分子量小于1000的小分子代謝物的微小變化來反應(yīng)虛證的生物學(xué)本質(zhì)和發(fā)病機(jī)制,并找到其特異性的分子標(biāo)志物。氣虛證糖尿病屬生物標(biāo)志物“氣虛證”是人體之氣不足導(dǎo)致氣的基本功能減退的虛弱證候。這里的“氣”指的是全身之氣,也涵蓋臟腑、組織之氣。主要臨床表現(xiàn)為神疲乏力,氣短息弱,聲低懶言,或面白少華,頭暈,自汗,易感冒,活動后諸癥加重,舌淡嫩,脈虛弱。心氣虛證是氣虛證最為常見的中醫(yī)證型,臨床上常見于冠心病、高血壓病、心肌病、病毒性心肌炎、心律失常等多種疾病發(fā)生、發(fā)展的過程中。LiL等對氣虛血瘀證大鼠的尿液進(jìn)行了代謝組學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)模型動物的代謝組特征模式與正常動物相比差異顯著,其中甲酸鹽、肌酐、檸檬酸鹽、?；撬岬却x物的相對含量發(fā)生了變化,說明該證候可能與這些代謝物及其代謝途徑相關(guān)。徐文娟等對氣虛證糖尿病患者血漿中游離脂肪酸進(jìn)行了代謝圖譜分析,采用柱前衍生化的高效液相色譜法測定了28例氣虛糖尿病患者血漿游離脂肪酸代謝圖譜,還收集了25例氣陰兩虛證患者的血漿并進(jìn)行了圖譜測定,結(jié)合多變量統(tǒng)計分析方法對他們的血漿中游離脂肪酸進(jìn)行了分析,然后又利用氣虛證和氣陰兩虛證型患者的花生四烯酸和油酸的相對濃度進(jìn)行了繪圖,發(fā)現(xiàn)這兩種中醫(yī)證型分布在判別函數(shù)的兩側(cè),因此可通過判別函數(shù)畫線將氣虛證與其他證候區(qū)分開。該研究結(jié)果說明花生四烯酸和油酸可作為氣虛證糖尿病潛在的標(biāo)志物,對于氣虛證糖尿病診斷判斷具有重要意義?！把撟C”是中醫(yī)臨床常見證候,是指血液不足,血的營養(yǎng)和滋潤功能減退,以致臟腑經(jīng)絡(luò)、形體器官等失養(yǎng)的病理狀態(tài)。臨床常見面色淡白或萎黃,毛發(fā)不澤,唇舌、爪甲淡白,頭暈、視物昏花,心悸、健忘、失眠、乏力等。馬增春等對輻射損傷致血虛證模型的小鼠內(nèi)源性代謝物進(jìn)行了代謝組學(xué)的研究,將小鼠隨機(jī)分為對照組和模型組,造模7d后分別對對照組和模型組的小鼠股動脈取血并摘取脾臟和胸腺,并對代謝產(chǎn)物進(jìn)行處理、檢測和分析。結(jié)果顯示血虛證小鼠血清中溶血磷脂、葡糖苷酸、單酰甘油酯、三羥基丁酸、神經(jīng)酰胺、天冬氨酸磷酸酯、甘油磷脂等代謝物的含量變化明顯;脾臟中變化明顯的代謝物有單酰甘油酯、神經(jīng)酰胺、溶血磷脂、羥基丁酸、棕櫚酸、3-羥基硬脂酸、二甲基精氨酸、苯丙氨酸、磷脂酰絲氨酸;胸腺中有甲基腺苷、谷甾醇、肉毒堿、磷脂肌醇、磷脂酰乙醇胺、甘油二酯、二甲基精氨酸、神經(jīng)酰胺、溶血磷脂、羥基丁酸、膽固醇等。這項研究說明上述物質(zhì)可作為小鼠血虛證模型的生物標(biāo)志物,并可推測輻射損傷致血虛證的機(jī)體脂類代謝、糖類代謝及部分氨基酸的合成代謝發(fā)生了紊亂?！瓣幪撟C”是指津液、精血不足時所出現(xiàn)的病證,由真陰虛衰、熱病傷陰或久病耗傷陰液等因所致?！毒霸廊珪髦忆洝?“陰虛者,水虧也,為亡血失血,為戴陽,為骨蒸勞熱”。臨床常見形體消瘦,骨蒸潮熱,盜汗遺泄,五心煩熱,頭眩耳鳴,口燥咽干,面紅顴澀,舌紅少津或紅絳光剝,脈虛細(xì)而數(shù)等癥狀。孫永寧等對甲狀腺素和鏈脲佐菌素致糖尿病陰虛證模型大鼠進(jìn)行了血液代謝組學(xué)研究,實(shí)驗中分為正常組和模型組,與正常組比較,模型組血液中甘氨酸、乳酸、尿素、D-葡萄糖、葡萄糖、半乳糖含量與正常組比較均顯著升高,說明其糖、蛋白質(zhì)和氨基酸的代謝紊亂;另外,由于體內(nèi)的乳酸不能分解,大量堆積,說明了大鼠體內(nèi)能量代謝也發(fā)生了紊亂。郭孜等采用氣相層析質(zhì)譜的尿液衍生化方法對慢性乙型病毒性肝炎后肝硬化患者的尿液進(jìn)行了代謝組學(xué)的研究,并重點(diǎn)對健康組、濕熱內(nèi)蘊(yùn)證組和肝腎陰虛證組進(jìn)行了分析,肝腎陰虛證的肝硬化患者尿中丙氨酸、脯氨酸、精氨酸等均呈上調(diào)趨勢。琥珀酸的含量在肝腎陰虛證肝硬化患者尿液中較健康者顯著升高,而與檸檬酸相關(guān)的代謝產(chǎn)物乙基檸檬酸呈下降趨勢,這反應(yīng)了乙肝后肝硬化患者的能量代謝發(fā)生了改變;濕熱內(nèi)蘊(yùn)證患者與肝腎陰虛證和健康者相比,亮氨酸和纈氨酸呈升高趨勢,這一差異將成為臨床上用來區(qū)分濕熱內(nèi)蘊(yùn)證和肝腎陰虛證的潛在指標(biāo)之一?！瓣柼撟C”指機(jī)體陽氣虧損,溫煦功能減退所表現(xiàn)的病證。臨床常見面色胱白,少氣懶言,畏寒肢冷,精神萎靡,口淡不渴,或喜熱飲,小便清長,大便溏泄,或浮腫,小便不利,舌淡胖苔白滑,脈沉弱等。高崗等用核磁共振譜分析法對氫化可的松誘導(dǎo)的腎陽虛證大鼠和空白對照大鼠的尿液進(jìn)行了代謝組學(xué)研究,根據(jù)結(jié)果顯示,與對照組相比,腎陽虛組由于氫化可的松誘導(dǎo)呈現(xiàn)一個過消耗后衰弱的狀態(tài),另外體內(nèi)代謝物也呈現(xiàn)出顯著變化。三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物琥珀酸和檸檬酸含量降低且乳酸含量增高,表明了線粒體功能和能量代謝紊亂;二甲胺含量增加提示腎虛與腎功能異常密切相關(guān);天冬氨酸、?；撬?、馬尿酸、肌氨酸等相對積分面積下降明顯,揭示了腎上腺皮質(zhì)分泌功能受損。鄭海生等通過氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用及模式識別方法對腎陽虛證患者的尿液進(jìn)行了代謝組學(xué)的研究,與正常組相比,丙氨酸、3-甲基戊烯二酸上升,檸檬酸、丙胺、組胺下降,通過這些代謝物的變化,明確了腎陽虛證具體的代謝網(wǎng)絡(luò)途徑,同時也反映與腎陽虛證病理生理相對應(yīng)的代謝網(wǎng)絡(luò)發(fā)生異常后物質(zhì)和功能的改變。中醫(yī)“證”動物模型研究的重要性代謝組學(xué)是基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的延伸,被認(rèn)為是系統(tǒng)生物學(xué)研究的最終方向,它直接通過對代謝物的分析來揭示中醫(yī)虛證的代謝特征和生物學(xué)本質(zhì),而跳過生命體內(nèi)的復(fù)雜調(diào)控過程,這一特點(diǎn)使其在中醫(yī)虛證動物模型健康評估、疾病診斷、療效評價等方面具有不可替代的地位和巨大的應(yīng)用前景。隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展以及中醫(yī)理論的不斷成熟完善,以代謝組學(xué)技術(shù)為研究手段,設(shè)計、復(fù)制病證結(jié)合的動物模型,并與臨床具體病例相結(jié)合,發(fā)掘中醫(yī)虛證的發(fā)病機(jī)制,日益成為中醫(yī)學(xué)科研的重要手段。但是中醫(yī)虛證的現(xiàn)代研究在取得諸多成果的同時,也暴露出許多問題,如模型的研制方面,雖然方法諸多,但是目前還沒有關(guān)于中醫(yī)“證”動物模型與臨床病人的代謝組學(xué)“橋接”研究,任何一個虛證目前都