一、代謝組學(xué)

    代謝組學(xué)是繼基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)之后必起的系統(tǒng)生物學(xué)的一個(gè)新的平臺(tái)，其定義為：定性、定量考察生物體系受到刺激或擾動(dòng)后其代謝產(chǎn)物的動(dòng)態(tài)變化，揭示機(jī)體生命代謝活動(dòng)本質(zhì)的科學(xué)。

    代謝組學(xué)力求對(duì)生物樣本中盡可能多甚至全部化合物進(jìn)行檢測，反應(yīng)生物體內(nèi)部的代謝狀況。檢測的化合物為分子量較小的代謝底物或代謝終產(chǎn)物，故其研究對(duì)象是代謝網(wǎng)絡(luò)中相對(duì)分子質(zhì)量小于1000×10^3的所有內(nèi)源性代謝物。它除了對(duì)生物標(biāo)志物進(jìn)行確認(rèn)和功能分析，還需研究其參與的代謝反應(yīng)、所處的代謝通路。

    代謝組學(xué)的特點(diǎn)可歸納為：系統(tǒng)性、整體性和動(dòng)態(tài)性。完整的代謝組學(xué)研究步驟包括樣品的制備、數(shù)據(jù)的采集和分析及潛在生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)。

    大量實(shí)驗(yàn)證明，單一的研究樣本、檢測技術(shù)以及數(shù)據(jù)處理方法，已無法滿足代謝組學(xué)高通量、大規(guī)模的需求，“整合”技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生，形成了“整合化”代謝組學(xué)。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的“整合”包括：

    （1）研究樣本的整合。如體液、組織及細(xì)胞等的整合；

    （2）檢測技術(shù)的整合。核磁共振與質(zhì)譜及其聯(lián)用技術(shù)是代謝組學(xué)研究中常用的分析技術(shù)，各有優(yōu)劣。為了揚(yáng)長避短，帶有平行磁共振的液相色譜質(zhì)譜技術(shù)的出現(xiàn)，構(gòu)成了質(zhì)譜與核磁共振在住線組合系統(tǒng)，它具備了3種檢測技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，能夠提供綜合的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，同改進(jìn)后的新技術(shù)，如流動(dòng)探頭、液相色譜、在線固相提取物和磁共振一起被廣泛用于從復(fù)雜生物樣本中鑒定新的潛在的藥物；

    （3）數(shù)據(jù)分析技術(shù)的整合。只有對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次的挖掘，才能更全面地獲取有生物學(xué)意義的標(biāo)志物。常用的數(shù)據(jù)處理方法有主成分分析、偏最小二乘法等。目前，通過大量的研究，數(shù)據(jù)的整合可以通過多種途徑再不同水平上實(shí)現(xiàn)，并需要運(yùn)用特殊的統(tǒng)計(jì)方法和多種模式識(shí)別方法；

    （4）組學(xué)間的整合。為了更好的發(fā)揮其系統(tǒng)性，可以通過與蛋白組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)及基因組學(xué)的整合，從不同角度更全面更系統(tǒng)地理解代謝物與蛋白表達(dá)基困變異之間的聯(lián)系，最終實(shí)現(xiàn)代謝組學(xué)的目標(biāo)。代謝組學(xué)的發(fā)展促進(jìn)整合化的發(fā)展，而整合化的發(fā)展同時(shí)促進(jìn)了代謝組學(xué)的進(jìn)步。目前，代謝組學(xué)已廣泛應(yīng)用十多種領(lǐng)域。

    二、代謝組學(xué)存肝臟中的應(yīng)用

    肝臟作為仝身最重要的代謝器官，糖類、脂類及氨基酸3大營養(yǎng)物質(zhì)的代謝過程均枉肝臟完成，一旦肝功能受損，機(jī)體多個(gè)重要臟器功能亦可能出現(xiàn)障礙。由于其在代謝方面的重要性，從代謝的角度對(duì)肝臟及其疾病進(jìn)行系統(tǒng)研究就顯得尤為重要。

    肝細(xì)胞癌（HCC）甲期診斷、早期治療對(duì)改善HCC 預(yù)后、提高生存率至關(guān)重要。目前，甲胎蛋白（AFP）作為HCC的客觀診斷指標(biāo)。但AFP在重型肝炎肝細(xì)胞壞死后再生時(shí)也可升高，非肝癌所特有。因此，利用快速液相色譜聯(lián)合4級(jí)桿高分辨飛行時(shí)間質(zhì)譜對(duì)肝硬化組和HCC組的血清進(jìn)行研究。

    該研究在樣本分離階段結(jié)合使用了高效液相色譜和親水相互作用色譜（HILIC）分離技術(shù)，進(jìn)行多元分析發(fā)現(xiàn)甘膽酸、鵝脫氧甘膽酸、牛黃膽酸和牛黃鵝脫氧膽酸為與肝硬化相關(guān)的潛在生物標(biāo)志物，而二氫鞘胺醇和植物鞘胺醇則為HCC的潛在生物標(biāo)志物。Chen等利用超高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（UPLC-MS）對(duì)原發(fā)性肝癌患者及健康志愿者的尿液進(jìn)行了代謝組學(xué)研究。

    該研究中利用HILLC和反相液相色譜進(jìn)行代謝物分離，結(jié)合模式識(shí)別技術(shù)，發(fā)現(xiàn)21種代謝組可作為潛在標(biāo)志物。同時(shí)表明HILIC比反相液相色潛更好地將肝癌患者健康志愿者分開，而且更適合對(duì)尿液進(jìn)行代謝組學(xué)分析。

    Wang等應(yīng)用UPLC-MS為基礎(chǔ)的代謝組學(xué)方法，對(duì)HCC患者、肝硬化患者和健康志愿者的血清進(jìn)行研究，通過多元統(tǒng)計(jì)方法和受試者工作特征曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，表明代謝物輪廓可以將HCC與肝硬化和健康者區(qū)分開，敏感度和特異性為100%。

    鑒定出HCC中l(wèi)3種物質(zhì)和幾種有意的義主要代謝通路。發(fā)現(xiàn)刀豆氨酸琥珀酸在肝硬化中降低，在HCC中增高。另外，鵝脫氧膽酰甘氨被認(rèn)為是HCC診斷及預(yù)后的重要物質(zhì)。UPLC-MS單獨(dú)或聯(lián)合AFP可作為診斷HCC和高危人群篩選的有效和便利工具。

    肝衰竭早期預(yù)測和及時(shí)治療，可明顯改善患者的預(yù)后。Yang等采用高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用的方法對(duì)37名慢性乙型肝炎急性發(fā)作患者與50名健康對(duì)照人群的血清進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)溶血性磷脂酰膽堿及甘氨鵝古氧膽酸等成分在兩組間存在顯著性差異，這些產(chǎn)物可用于疾病惡化的早期預(yù)測。amathieu等應(yīng)用質(zhì)子核磁共振波譜技術(shù)（1H NMR）對(duì)肝硬化患者的血清進(jìn)行代謝組學(xué)分析。建立的正交投影模型具有較高的檢測變異和預(yù)測變異。

    顯示多種代謝物在肝衰竭嚴(yán)重程度不同時(shí)出現(xiàn)顯著差異：高密度脂蛋白和磷酸膽堿共振態(tài)在輕度慢性肝衰竭患者血清中明顯高于重度幔性肝衰竭患者；而乳酸、丙酮酸、氨基酸和肌酐在重度慢降性肝衰竭患者血清中的水平明顯高于輕度患者。

    該研究表明1H NMR為肝硬化患者肝功能損傷嚴(yán)重程度有關(guān)的代謝過程提供了新的見解。  藥物和毒物等非病毒性因素引起的肝臟損傷病死率高，很難察覺，已成為一大健康威脅。

    Heijne等對(duì)溟苯誘導(dǎo)的急性肝壞死小鼠進(jìn)行代謝組學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)處理組小鼠血清及尿中某些代謝產(chǎn)物如乳酸鹽，酪氨酸等與正常對(duì)照組小鼠不同。并且證明轉(zhuǎn)錄組學(xué)及代謝組學(xué)的整合能更敏感地檢測到肝毒性有關(guān)的改變并發(fā)現(xiàn)相關(guān)的生物標(biāo)志物。

    同時(shí)對(duì)溟苯誘導(dǎo)急性肝壞死的多種生物學(xué)通路的作用有了更深的見解。Lui等建立了由四氯化碳引起肝損傷的小鼠模型，應(yīng)用液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用的代謝組學(xué)方法對(duì)小鼠尿液進(jìn)行分析，最終發(fā)現(xiàn)23種內(nèi)源性代謝物可作為四氧化碳引起的肝損傷的潛在生物學(xué)標(biāo)志物。

    非酒精性脂肪性肝?。∟AFLD）發(fā)病機(jī)制至今尚未明確，目前大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為它與肥胖、脂代謝紊亂、胰島素抵抗等有關(guān)，是代謝綜合癥在肝臟的表現(xiàn)。Barr等利用超高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法對(duì)NAFLD患者的血漿進(jìn)行代謝組學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)多種代謝物在疾病組與對(duì)照組之間存在顯著差異，這些物質(zhì)可能與肝功能障礙及肝細(xì)胞炎癥有關(guān)。

    且同樣的差異也存在于NAFLD模型鼠與野牛型鼠之間。Li等利用蛋氨酸及膽堿缺乏飲食喂養(yǎng)的雄性C57BL/6小鼠代表NAFLD的不同階段，應(yīng)用1H NMR光譜為基礎(chǔ)的代謝組學(xué)方法，發(fā)現(xiàn)4種標(biāo)志物：葡萄糖、乳酸、?；撬峒肮劝彼帷２z測了這4種物質(zhì)在NAFLD的不同階段血漿中的濃度。確定這4種物質(zhì)可作為診斷NAFLD不同階段的潛在標(biāo)志物。

    三、展望

    代謝組學(xué)的發(fā)展是“整合化”的發(fā)展，“整合化”的代謝組學(xué)是代謝組學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前“整合化”的代謝組學(xué)不僅在不同原因、不同階段肝病的研究中取得了巨大的成就，在其他疾病的早期診斷、新藥的研發(fā)、植物、微生物等領(lǐng)域也獲得了可喜的成果及廣闊的發(fā)展前景。

    代謝組學(xué)的整合雖可解決一些問題，但在前進(jìn)過程中仍會(huì)遇到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，只有代謝組學(xué)更好的發(fā)展，才能實(shí)現(xiàn)更全面更準(zhǔn)確尋找能夠作為生物標(biāo)志物的關(guān)鍵化合物，探索這些標(biāo)志物在機(jī)體的代謝作用的目標(biāo)。

    因代謝組學(xué)最根本的是技術(shù)問題，所以需要不斷探索并改善方法，創(chuàng)造新的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)組學(xué)研究的技術(shù)創(chuàng)新，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)生物學(xué)的全面整合。（中華肝臟病雜志 ）