基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)

毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)(ToxicogenomicsandSystemsToxicology)王安（Ph.D，副教授）Mailaddress：csuwang@；walwry@163.comPhonenumber十章10*1【主要內(nèi)容】

概述

毒理基因組學(xué)研究的技術(shù)平臺(tái)

毒理基因組學(xué)研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用

從毒理基因組學(xué)到系統(tǒng)毒理學(xué)毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*2

掌握毒理基因組學(xué)含義，熟悉人類基因組計(jì)劃的主要研究?jī)?nèi)容；

熟悉毒理基因組學(xué)研究的技術(shù)平臺(tái)；

了解毒理基因組學(xué)研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用；【目的要求】毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*3第一節(jié)概述毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*4不同人種之間頭發(fā)、膚色、眼睛、鼻子等不同基因差異CaucasianNegroAfricanAmericanMongoloid毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*5基因（Gene）？是DNA或RNA分子上具有遺傳信息的特定核苷酸序列。

攜帶有遺傳信息的DNA序列，是具有遺傳效應(yīng)的DNA分子片段；

是控制性狀的基本遺傳單位，通過(guò)指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成來(lái)表達(dá)自己所攜帶的遺傳信息，控制生物個(gè)體的性狀表現(xiàn)。AgeneisasetofsegmentsofnucleicacidthatcontainstheinformationnecessarytoproduceafunctionalRNAproductinacontrolledmanner.Theycontainregulatoryregionsdictatingunderwhatconditionsthisproductismade,transcribedregionsdictatingthesequenceoftheRNAproduct,and/orotherfunctionalsequenceregions.Thephysicaldevelopmentandphenotypeoforganismscanbethoughtofasaproductofgenesinteractingwitheachotherandwiththeenvironment，andgenescanbeconsideredasunitsofinheritance.毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*6一般的定義是單倍體細(xì)胞中的全套染色體為一個(gè)基因組，或是單倍體細(xì)胞中的全部基因?yàn)橐粋€(gè)基因組?；蚪M（Genome）基因組測(cè)序的結(jié)果發(fā)現(xiàn)基因編碼序列只占整個(gè)基因組序列的很小一部分。因此，基因組應(yīng)該是單倍體細(xì)胞中包括編碼序列和非編碼序列在內(nèi)的全部DNA分子。更確切的說(shuō)，核基因組是單倍體細(xì)胞核內(nèi)的全部DNA分子；線粒體基因組則是一個(gè)線粒體所包含的全部DNA分子；葉綠體基因組則是一個(gè)葉綠體所包含的全部DNA分子。毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*7人類基因組研究大事記1860至1870年，孟德?tīng)柛鶕?jù)豌豆雜交實(shí)驗(yàn)提出遺傳因子概念，總結(jié)出孟德?tīng)栠z傳定律。1944年，艾弗里、麥克勞德和麥卡蒂3位美國(guó)科學(xué)家分離出細(xì)菌的DNA，發(fā)現(xiàn)DNA是攜帶生命遺傳物質(zhì)的分子

1953年,美國(guó)人沃森和英國(guó)人克里克通過(guò)實(shí)驗(yàn)提出了DNA分子的雙螺旋模型1969年,美國(guó)科學(xué)家夏皮羅分離出第一個(gè)基因("乳糖操縱子")。1990年10月，人類基因組計(jì)劃在美國(guó)正式啟動(dòng)。1984年卡瑞·繆里斯博士等發(fā)明大規(guī)模復(fù)制DNA的技術(shù)-PCR技術(shù)。1977年，美國(guó)和英國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)出DNA測(cè)序的方法。1909年，丹麥植物學(xué)家和遺傳學(xué)家約翰遜首次提出“基因”的名詞，用以表達(dá)孟德?tīng)柕倪z傳因子概念。摩爾根1926年發(fā)表了《基因論》，建立了基因?qū)W說(shuō)，奠定細(xì)胞遺傳學(xué)的基礎(chǔ)。毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*8人類基因組計(jì)劃（HGP）人類基因組計(jì)劃(humangenomeproject,HGP)是由美國(guó)科學(xué)家于1985年率先提出，于1990年正式啟動(dòng)的。這一計(jì)劃旨在為30多億個(gè)堿基對(duì)構(gòu)成的人類基因組精確測(cè)序，發(fā)現(xiàn)所有人類基因并搞清其在染色體上的位置，破譯人類全部遺傳信息。美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本和我國(guó)科學(xué)家共同參與了這一預(yù)算達(dá)30億美元的人類基因組計(jì)劃（各國(guó)所承擔(dān)工作比例約為美國(guó)54%，英國(guó)33%，日本7%，法國(guó)2.8%，德國(guó)2.2%，中國(guó)1%）。按照這個(gè)計(jì)劃的設(shè)想，在2005年，要把人體內(nèi)約10萬(wàn)個(gè)基因的密碼全部解開(kāi)，同時(shí)繪制出人類基因的譜圖。換句話說(shuō)，就是要揭開(kāi)組成人體4萬(wàn)個(gè)基因的30億個(gè)堿基對(duì)的秘密。毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*9人類基因組計(jì)劃三大科學(xué)計(jì)劃曼哈頓原子彈計(jì)劃阿波羅計(jì)劃HGP目的解碼生命、了解生命的起源、了解生命體生長(zhǎng)發(fā)育的規(guī)律、認(rèn)識(shí)種屬之間和個(gè)體之間存在差異的起因、認(rèn)識(shí)疾病產(chǎn)生的機(jī)制以及長(zhǎng)壽與衰老等生命現(xiàn)象、為疾病的診治提供科學(xué)依據(jù)。毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*10HGP的主要任務(wù)是人類的DNA測(cè)序，包括四張譜圖。

1.建立遺傳圖：利用染色體上基因交換頻率，推斷基因之間的遺傳距離，根據(jù)點(diǎn)測(cè)交實(shí)驗(yàn)確定各個(gè)基因的相互位置和排列順序，繪制基因連鎖圖。

2.建立物理圖：用限制酶將染色體切割成若干片段，利用互補(bǔ)原理通過(guò)分子雜交法，以一小段DNA序列作為標(biāo)記，分析標(biāo)記間的距離并確定各個(gè)片段在染色體上的實(shí)際排列順序。

3.序列圖譜（DNA序列測(cè)定）：DNA序列分析技術(shù)是一個(gè)包括制備DNA片段化及堿基分析、DNA信息翻譯的多階段的過(guò)程。通過(guò)測(cè)序得到基因組的序列圖譜（核心的工作）。

4.基因圖譜：是在識(shí)別基因組所包含的蛋白質(zhì)編碼序列的基礎(chǔ)上繪制的結(jié)合有關(guān)基因序列、位置及表達(dá)模式等信息的圖譜。主要內(nèi)容毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*111997年美國(guó)國(guó)立環(huán)境衛(wèi)生科學(xué)研究所（NIEHS）環(huán)境基因組計(jì)劃（EnvironmentalGenomeProject，EGP）主要目標(biāo)：推進(jìn)有重要功能意義的環(huán)境應(yīng)答基因的多態(tài)性研究，確定其引起環(huán)境暴露致病危險(xiǎn)性差異的遺傳因素，以開(kāi)展和推動(dòng)環(huán)境-基因相互作用對(duì)疾病發(fā)生影響的人群流行病學(xué)研究為最終目的毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*12毒理基因組學(xué)（toxicogenomics）研究生物體的整個(gè)基因組如何對(duì)環(huán)境有害因素發(fā)生反應(yīng)的一門新興學(xué)科。

化學(xué)因素（化學(xué)物，混合化學(xué)物等）

物理因素（電離與非電離輻射，噪聲，異常氣溫等）

生物因素（細(xì)菌，病毒等）研究基因組與化學(xué)毒物間的交互作用及其方式的學(xué)科稱為毒物基因組學(xué)。毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*13毒理基因組學(xué)研究計(jì)劃（ToxicogenomicsResearchProgram，TRP）研究?jī)?nèi)容基因組水平的效應(yīng)基因的RNA表達(dá)（轉(zhuǎn)錄組學(xué)）蛋白產(chǎn)物表達(dá)（蛋白組學(xué)）代謝譜的改變（代謝組學(xué)）遺傳多態(tài)性生物信息學(xué)利用人類基因組的資料，幫助篩選和鑒別潛在的環(huán)境毒物，并在基因組水平上闡明毒作用發(fā)生的機(jī)制。毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*14TRP研究目標(biāo)確定某種有害因素的反應(yīng)基因（信號(hào)基因）用于毒理學(xué)和相關(guān)疾病的研究建立全基因組與蛋白質(zhì)組毒性反應(yīng)知識(shí)庫(kù)，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)辟以芯片技術(shù)和生物信息技術(shù)為特征的數(shù)字毒理學(xué)（Digitizedtoxicology)。從傳統(tǒng)的遺傳毒性檢測(cè)方法基因群檢測(cè)方法顯著提高遺傳損傷檢測(cè)水平和降低檢測(cè)的閾值毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*152000年，美國(guó)環(huán)境衛(wèi)生科學(xué)研究所（NIEHS）國(guó)家毒理基因組學(xué)中心（NationalCenterforToxicogenomics，NCT）的主要任務(wù)：

促進(jìn)基因和蛋白表達(dá)技術(shù)在毒理學(xué)中的應(yīng)用

促進(jìn)人類環(huán)境暴露和疾病易感性關(guān)系的研究

確定暴露和毒效應(yīng)的生物標(biāo)志

推進(jìn)暴露與生物學(xué)反應(yīng)關(guān)系的計(jì)算和處理方法

建立毒理基因組學(xué)公用數(shù)據(jù)庫(kù)。毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*162000年6月26日克林頓宣布人類基因組草圖繪制完成2003年4月14日，中、美、日、德、法、英等6國(guó)科學(xué)家宣布人類基因組序列圖繪制成功，已完成的序列圖覆蓋人類基因組所含基因區(qū)域的99％，精確率達(dá)到99.99%?；蚪M時(shí)代后基因組時(shí)代毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*17后基因組時(shí)代（post-genomeera）人類后基因組計(jì)劃--對(duì)基因組生物學(xué)功能的研究和應(yīng)用序列（結(jié)構(gòu)）基因組學(xué)功能基因組學(xué)功能基因組學(xué)生物信息學(xué)比較基因組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)構(gòu)基因組學(xué)整體生物學(xué)DNA芯片藥物基因組學(xué)基因敲除毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*18毒理基因組學(xué)面臨的基本挑戰(zhàn)高通量篩選系統(tǒng)如微陣列（芯片技術(shù)）計(jì)算機(jī)技術(shù)

如何獲取大規(guī)模生物學(xué)數(shù)據(jù)包括基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和代謝組

的表達(dá)數(shù)據(jù)對(duì)獲取的大量信息進(jìn)行及時(shí)而合理的處理

如DNA微陣列技術(shù)的基因

表達(dá)數(shù)據(jù)；還有經(jīng)典的

毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*19毒理基因組學(xué)研究的技術(shù)平臺(tái)第二節(jié)毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*20一、基因組學(xué)與轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)平臺(tái)（一）差異顯示反轉(zhuǎn)錄PCR技術(shù)差異顯示反轉(zhuǎn)錄PCR（DDRT-PCR）技術(shù)是以分子生物學(xué)應(yīng)用最廣泛的兩種技術(shù)—PCR和聚丙烯酰胺凝膠電泳為基礎(chǔ)。基本原理：是以一對(duì)細(xì)胞（或組織）的總RNA反轉(zhuǎn)錄而成的cDNA為模板，利用PCR的高效擴(kuò)增，通過(guò)5′端和3′端引物的合理設(shè)計(jì)和組合，將細(xì)胞（或組織）中表達(dá)的約15000種基因片段直接顯示在DNA測(cè)序膠上，從而找出其表達(dá)有差異的cDNA片斷。優(yōu)點(diǎn)：DDRT-PCR具有周期短，功能多，靈敏度高，所需RNA量少和重復(fù)性高等。缺點(diǎn)：DDRT-PCR技術(shù)假陽(yáng)性率高、凝膠中單條cDNA帶成分不均一、一些低拷貝數(shù)mRNA不能有效呈現(xiàn)等。毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*21（二）基因表達(dá)序列分析(serialanalysisofgeneexpression，SAGE)SAGE的理論依據(jù)是：來(lái)自cDNA3′端特定位置的一段9-11bp長(zhǎng)的序列能夠區(qū)分基因組中95％的基因。這一段基因特異的序列被稱為標(biāo)簽(SAGEtag)。通過(guò)對(duì)cDNA制備SAGE標(biāo)簽并將這些標(biāo)簽串聯(lián)起來(lái)，然后對(duì)其進(jìn)行測(cè)定。SAGE應(yīng)用的前提條件：GenBank中必須有足夠的某一物種的DNA序列信息，尤其是表達(dá)序列標(biāo)簽(expressedsequencetag，EST)的序列資料。

各SAGE所代表的基因在特定組織中是否表達(dá)；

根據(jù)各SAGE標(biāo)簽所出現(xiàn)的頻率作為其所代表的基因表達(dá)豐度的指標(biāo)。毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*22（三）微陣列分析DNA微陣列(microarrayassay)或DNA芯片(DNAchip)技術(shù)，可以在同時(shí)定量的分析大量的基因表達(dá)，具有快速、精確、低成本之分析檢驗(yàn)?zāi)芰??；蛐酒ㄟ^(guò)微加工技術(shù)，將數(shù)千或數(shù)萬(wàn)個(gè)特定序列的DNA片段（基因探針）有規(guī)律地排列固定于2c㎡的硅片、玻片等支持物上，構(gòu)成一個(gè)二維的DNA探針陣列，因與電子計(jì)算機(jī)上的電子芯片十分相似所以被稱為基因芯片。使用的基本硬件，是一塊帶有DNA微陣列（micorarray）的特殊玻璃片或硅芯片片，在數(shù)平方厘米之面積上布放數(shù)千或數(shù)萬(wàn)個(gè)核寡聚核苷酸片段或cDNA探針(cDNA、EST或基因特異的寡核苷酸)，按一定順序以矩陣方式排列在載玻片大小的塑料或玻璃板上，其敏感性可達(dá)1～5個(gè)拷貝mRNA/細(xì)胞。與標(biāo)記的樣品雜交，通過(guò)對(duì)雜交信號(hào)的檢測(cè)分析，即可獲得樣品的遺傳信息。毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*23基因表達(dá)的測(cè)定：先將受試動(dòng)物染毒，其靶器官或細(xì)胞與毒物接觸后，發(fā)生反應(yīng)或被活化的基因會(huì)產(chǎn)生mRNA。然后將這些mRNA用核素或熒光色素標(biāo)記后，加入基因芯片。在一個(gè)單個(gè)的陣列中加入兩種標(biāo)記樣品進(jìn)行雜交。雜交完成后，可用圖像解析顯微鏡或激光掃描顯微鏡進(jìn)行探測(cè)和分析。根據(jù)發(fā)生的結(jié)合反應(yīng)的情況，便可以判斷是哪些基因發(fā)生了改變。通常采用發(fā)紅色熒光的Cy3和發(fā)綠色熒光的Cy5熒光色素，分別標(biāo)記實(shí)驗(yàn)和對(duì)照樣品中的RNAs。由于熒光的強(qiáng)度和RNAs的含量間有一定的相關(guān)關(guān)系，可通過(guò)兩種熒光的相對(duì)強(qiáng)度變化來(lái)確定實(shí)驗(yàn)組樣品中DNA表達(dá)的差異。如果再與實(shí)時(shí)PCR相結(jié)合，就可得到特定基因的定量表達(dá)信息，發(fā)現(xiàn)新的致病基因或疾病相關(guān)基因等多個(gè)研究領(lǐng)域。毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*24優(yōu)點(diǎn)：

靈敏度高mRNA豐度低至10萬(wàn)分之一仍能被檢測(cè)出；

可同時(shí)采用幾種不同顏色的熒光染料標(biāo)記探針，在同一張陣列膜進(jìn)行一次雜交實(shí)驗(yàn)就可分析不同樣品間基因表達(dá)的差異。缺點(diǎn)：

成本較高，需要特殊的信號(hào)檢測(cè)分析系統(tǒng)；

玻片上的微陣列不能重復(fù)使用。毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*25（四）RNA干擾技術(shù)（RNAinterference，RNAi）將外源性雙鏈RNA導(dǎo)入細(xì)胞后，可產(chǎn)生21-23nt（nucleotide，核苷酸）長(zhǎng)度的小分子干擾RNA（siRNA），引起與其序列同源的特異基因mRNA降解的現(xiàn)象，為轉(zhuǎn)錄后的基因沉默（post-transcriptionalgenesilencing，PTGS）在哺乳動(dòng)物細(xì)胞進(jìn)行RNAi實(shí)驗(yàn)包括五個(gè)步驟：選取目的基因設(shè)計(jì)相應(yīng)的siRNA制備siRNAsiRNA轉(zhuǎn)染哺乳動(dòng)物細(xì)胞RNAi效果分析毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*26

靶siRNA序列選擇是RNAi實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵；

siRNA的制備方法：化學(xué)合成法，體外轉(zhuǎn)錄法，合成法和“雞尾酒”法；

siRNA轉(zhuǎn)染是將siRNA，siRNA表達(dá)載體或siRNA表達(dá)框架（siRNAexpressioncassettes,SECs）導(dǎo)入哺乳動(dòng)物細(xì)胞；

RNAi的效果可從mRNA和蛋白質(zhì)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)；

mRNA水平可通過(guò)Northernblot和實(shí)時(shí)定量PCR（real-timeRT-PCR）的方法；蛋白質(zhì)水平可通過(guò)Westernblot、熒光免疫法、流式細(xì)胞技術(shù)和表型分析等方法檢測(cè)。毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*27

染色體基因組水平上單個(gè)核苷酸變異引起的DNA序列多態(tài)性，在人群中發(fā)生頻率大于1%。（五）單核苷酸多態(tài)性檢測(cè)（singlenucleotidepolymorphisms,SNPs）在基因組中搜索SNPs的最普遍的方法是將已定位的序列標(biāo)簽位點(diǎn)（sequencetaggedsites,STS）和表達(dá)序列標(biāo)簽（expressedsequencetags,EST）進(jìn)行測(cè)序DNA芯片技術(shù)的應(yīng)用可大規(guī)模發(fā)現(xiàn)和識(shí)別SNPs有單堿基的轉(zhuǎn)換、顛換、插入、缺失等形式在基因組中分布不均勻，隨機(jī)分布在基因組的單堿基變異，在基因編碼區(qū)估計(jì)有2×105個(gè)SNPs,稱為cSNPs（coding-regionsSNPs），與蛋白質(zhì)功能有關(guān)。毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*28限制性酶切片段長(zhǎng)度多態(tài)性技術(shù)（RFLP）SNPs的檢測(cè)方法等位基因特異寡聚核苷酸雜交技術(shù)（ASO）單鏈構(gòu)象多態(tài)性技術(shù)（SSCP）基因芯片技術(shù)毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*29Takeabreak毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*30二、蛋白組學(xué)技術(shù)平臺(tái)目前最常用技術(shù)路線是利用雙向凝膠電泳分離蛋白、綜合質(zhì)譜和生物信息學(xué)分析技術(shù)進(jìn)行鑒定雙向凝膠電泳和質(zhì)譜技術(shù)是目前蛋白質(zhì)組學(xué)研究的核心技術(shù)毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*31（一）雙向凝膠電泳（2-dimensionalgelelectrophoresis,2-DE）樣品制備原理：細(xì)胞抽提物在電泳過(guò)程中，依據(jù)蛋白質(zhì)所帶電荷及分子大小而被分離。實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵要盡可能使樣品轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合進(jìn)行電聚焦的狀態(tài)，同時(shí)保持原有的電荷和等電點(diǎn)為盡可能多地獲得樣品中的蛋白質(zhì)，可采用預(yù)分級(jí)處理方法根據(jù)蛋白質(zhì)溶解性的不同進(jìn)行分步順序提取，增強(qiáng)特定蛋白點(diǎn)的濃度，提高低豐度蛋白質(zhì)的上樣量；預(yù)先對(duì)細(xì)胞亞結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離，利用傳統(tǒng)梯度離心法分離各種細(xì)胞器，再提取蛋白進(jìn)行二維電泳，建立相應(yīng)的亞細(xì)胞蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫(kù)毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*32電泳

梯度凝膠電泳：使用窄pH及極窄pH范圍梯度凝膠電泳，提高2-DE分辨率。適用于低豐度蛋白的檢測(cè)

膠上差示電泳（differentialin-gelelectrophoresis,DIGE）將不同樣品蛋白質(zhì)標(biāo)上不同的熒光染料，在同一塊膠上進(jìn)行電泳分離，用熒光掃描儀進(jìn)行識(shí)別。該方法重復(fù)性好，靈敏度高，質(zhì)譜兼容等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)不能很好顯示低豐度蛋白、疏水性膜蛋白、極酸或極堿性、極大和極小分子量蛋白；不同樣本間難以進(jìn)行定量比較；費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，不容易自動(dòng)化；重復(fù)性差。毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*33（二）生物質(zhì)譜技術(shù)（biologicalmassspectrometryBMS）基本原理：使樣品分子離子化后，根據(jù)不同離子間質(zhì)荷比（m/z）的差異來(lái)分離并確定相對(duì)分子質(zhì)量。

基質(zhì)輔助激光解吸離子質(zhì)譜（metrixassistedlaserdesorptionionizationmassspectrometry，MALDI）

電噴霧離子化質(zhì)譜（electrosprayionizationmassspectrometry，ESI）

表面增強(qiáng)激光解吸電離-飛行時(shí)間質(zhì)譜（surface-enhancedlaserdesorptionionization，SELDI）結(jié)合芯片和質(zhì)譜技術(shù)，將蛋白質(zhì)樣品制備、生化反應(yīng)和檢測(cè)分析等過(guò)程集成在芯片上進(jìn)行，在數(shù)分鐘內(nèi)同時(shí)分析幾百種蛋白質(zhì)，樣品體積可低至0.5μl，利于微量樣本研究。毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*34

多向蛋白鑒定技術(shù)（multi-dimensionalproteinidentificationtechnology，MudPIT)將蛋白質(zhì)酶解后得到多肽混合物，進(jìn)樣到強(qiáng)陽(yáng)離子交換色譜柱，直接洗脫后進(jìn)樣到反相液相色譜柱上，然后進(jìn)行梯度洗脫，用MS/MS對(duì)分離的餾分進(jìn)行鑒定。一個(gè)分析周期可檢測(cè)100多種蛋白質(zhì)，適用于大規(guī)模蛋白質(zhì)的分離鑒定。

同位素親和標(biāo)簽（isotope-codedaffinitytag，ICAT）利用化學(xué)性質(zhì)相同而質(zhì)量不同的兩種同位素分子，對(duì)蛋白樣品的半胱氨酸進(jìn)行標(biāo)記，然后對(duì)混合的樣品進(jìn)行質(zhì)譜分析，通過(guò)比較質(zhì)譜峰的強(qiáng)弱可以對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行定量比較。具有廣泛的兼容性和高度專一性，而且適用于低豐度蛋白分析，是差異蛋白質(zhì)組定量分析研究的有力工具。毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*35

分子掃描技術(shù)（molecularscannertechnology）將雙向凝膠轉(zhuǎn)到涂有酶解液的膜上，在轉(zhuǎn)膜的同時(shí)進(jìn)行酶切，再利用質(zhì)譜掃描鑒定

抗體與蛋白質(zhì)陣列技術(shù)（antibodyandproteinarraytechnologies）將雙向凝膠轉(zhuǎn)到涂有酶解液的膜上，在轉(zhuǎn)膜的同時(shí)進(jìn)行酶切，再利用質(zhì)譜掃描鑒定毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*36三、代謝組學(xué)技術(shù)平臺(tái)代謝組學(xué)（metabonomics/metabolomics）是研究關(guān)于生物體被擾動(dòng)后其代謝產(chǎn)物（內(nèi)源性代謝物質(zhì)）種類、數(shù)量及其變化規(guī)律的科學(xué)。代謝組學(xué)研究生物整體、器官或組織的內(nèi)源性代謝物質(zhì)的代謝途徑及其所受內(nèi)在和外在因素的影響及隨時(shí)間變化的規(guī)律。

作為全局系統(tǒng)生物學(xué)的基礎(chǔ)和重要組成部分，代謝組學(xué)是以物理學(xué)基本原理為基礎(chǔ)的分析化學(xué)、以數(shù)學(xué)計(jì)算與建模為基礎(chǔ)的化學(xué)計(jì)量學(xué)和以生物化學(xué)為基礎(chǔ)的生命科學(xué)等學(xué)科交叉的學(xué)科。

作為基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白組的“終端”，能夠更直接、更準(zhǔn)確地反映生物體的病理生理狀態(tài)。毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*37技術(shù)路線及方法檢測(cè)和分析內(nèi)源性代謝物信息技術(shù)

核磁共振（NMR）

色譜及聯(lián)用技術(shù)（GC-MS\LC-MS）

紅外光譜(IRspectrum）

毛細(xì)管電泳（CE）采樣（血樣尿樣或其他）代謝物的提取上機(jī)檢測(cè)（GC-MS\LC-MS\NMR）數(shù)據(jù)預(yù)處理（信息峰提取、識(shí)別）多元變量統(tǒng)計(jì)分析（PCA、PLS-DA、OPLS-DA）深度數(shù)據(jù)挖掘（代謝通路分析、關(guān)聯(lián)分析）毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*38（一）磁共振（nuclearmagneticresonance，NMR）可在一次單獨(dú)檢測(cè)中獲得生物體液中成百上千的代謝物組分信息，而無(wú)需預(yù)先確定被檢測(cè)物質(zhì)的性質(zhì)。所需樣品量較少，不需要復(fù)雜的樣品處理或衍生措施，且樣品還可回收用于其他分析。

氫譜（HNMR)：對(duì)含氫化學(xué)物均有響應(yīng)，能完成對(duì)樣品中大多數(shù)代謝物的檢測(cè)，具有較高的靈敏度和較好的重復(fù)性。

碳譜（CNMR)：可以給出分子量在500以下的有機(jī)化學(xué)物豐富的碳骨架信息，適合檢測(cè)低分子量物質(zhì)，并可為氫譜提供物質(zhì)結(jié)構(gòu)的補(bǔ)充信息，但存在靈敏度低，采樣時(shí)間長(zhǎng)，所需樣品量大的缺點(diǎn)毒理基因組學(xué)與系統(tǒng)毒理學(xué)*