中医药的代谢组学研究

代谢组学在中药毒性与安全性评价中的应用 综述

代谢组学在中药毒性与安全性评价中的应用 【摘要】：目的：综述什么是代谢组学以及其在中药毒性与安全性评价中的应 用。方法：查阅相关文献，采用文献追踪的方法对代谢组学在中药毒性与安全性评价中的应用进行分析归纳。结论：代谢组学的出现对于中药的发展是一个很好的契机，可以预见它将成为中药安全性研究中的一个新的中药技术手段。 【关键词】代谢组学中药毒性与安全性评价关木通 代谢组学[1,2]是继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后兴起的系统生物学 的一个新的分支，它是通过考察生物体系受刺激或扰动前后(如将某个特定的基 因变异或环境变化后)代谢产物图谱及其动态变化研究生物体系的代谢网络的一 种技术，研究对象主要是相对分子质量1000以下的内源性小分子。它是后基因 时代出现的一门新的“-omics”组学学科。Nicholson研究小组于1985年利用 核磁共振(NMR)技术分析大鼠的尿液，于1999年提出了代谢组学的概念。自1999 年提出代谢组学的概念以来，它在药物毒理研究、疾病诊断、系统生物学研究等 诸多领域里的应用日益深入。 1 代谢组学简介 1.1 代谢组学特点 代谢组学是生命学科领域中的一门新兴组学技术，它与基因组学、转录物组 学、蛋白组学等共同构成了“系统生物学”(Systems Biology) ，系统生物学强 调科学研究的整体性思维和系统论观点，其精髓是以整体论方法研究生物体系中 的构件分子族之间以及机体与环境之间的相互作用网络。基因组学只能检测静态 的基因型，而基因的表达受到环境及内在状态的影响，因此无法反映基因组动态 的生理状态，无法回答基因的变化是否能够表达。而代谢物质和代谢表型所反映 的是已经发生了的生物学事件，是基因型与环境共同作用的综合结果，是生物体 系生理和生化功能状态的直接体现。因此，作为系统生物学的一个重要组成部分， 从代谢组学中分析所获得的信息更能够揭示基因与表现型之间的关系[3]。 1.2 代谢组学的研究方法 代谢组学的研究一般包括代谢组数据的采集、数据预处理、多变量数据分析、 标记物识别和途径分析等步骤。生物样品(如尿液、血液、组织、细胞和培养液 等)采集后进行生物反应灭活、预处理。运用核磁共振、质谱或色谱等检测其中 代谢物的种类、含量、状态及其变化，得到代谢谱或代谢指纹，而后使用多变量 数据分析方法对获得的多维复杂数据进行降维和信息挖掘，并研究相关代谢物变 化涉及的代谢途径和变化规律，以阐述生物体对相应刺激的响应机制、发现生物 标记物[4]。

代谢组学的研究方法和研究流程

代谢组学的研究方法和研究流程分子微生物学１12３０0０0３林兵 随着人类基因组计划等重大科学项目的实施，基因组学、转录组学及蛋白质组学在研究人类生命科学的过程中发挥了重要的作用，与此同时, 代谢组学(ｍｅtaｂoloｍiｃs）在2０世纪90年代中期产生并迅速地发展起来，与基因组学、转录组学、蛋白质组学共同组成系统生物学。基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等各种组学0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.这些组学手段加上生物信息学, 成为系统生物学的重要组成部分。 代谢组学的出现和发展是必要的, 同时也是必须的。对于基因组学和蛋白质组学在生命科学研究中的缺点和不足, 代谢组学正好可以进行弥补。代谢组学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, 并且检测这种应答的全貌及其动态变化。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. 1 代谢组学的概念及发展 代谢组学最初是由英国帝国理工大学Ｊereｍｙ N ichｏｌson教授提出的，他认为代谢组学是将人体作为一个完整的系统，机体的生理病理过程作为一个动态的系统来研究, 并且将代谢组学定义为生物体对病理生理或基因修饰等刺激产生的代谢物质动态应答的定量测定。20０0年，德国马普所的Fｉeｈn等提出了代谢组学的概念，但是与Ｎ ichoｌs ｏn提出的代谢组学不同, 他是将代谢组学定位为一个静态的过程，也可以称为/代谢物组学, 即对限定条件下的特定生物样品中所有代谢产物的定性定量分析。同时Ｆieｈn还将代谢组学按照研究目的的不同分为4类: 代谢物靶标分析，代谢轮廓（谱)分析, 代谢组学，代谢指纹分析。现在代谢组学在国内外的研究都在迅速地发展, 科学家们对代谢组学这一概念也进行了完善, 作出了科学的定义: 代谢组学是对一个生物系统的细胞在给定时间和条件下所有小分子代谢物质的定性定量分析，从而定量描述生物内源性代谢物质的整体及其对内因和外因变化应答规律的科学。 与基因组学、转录组学、蛋白质组学相同, 代谢组学的主要研究思想是全局观点。与传统的代谢研究相比, 代谢组学融合了物理学、生物学及分析化学等多学科知识, 利用现代化的先进的仪器联用分析技术对机体在特定的条件下整个代谢产物谱的变化进行检测，并通过特殊的多元统计分析方法研究整体的生物学功能状况。由于代谢组学的研究对象是人体或动物体的所有代谢产物, 而这些代谢产物的产生都是由机体的内源性物质发生反应生成的，因此，代谢产物的变化也就揭示了内源性物质或是基因水平的变化，这使研究对象从微观的基因变为宏观的代谢物，宏观代谢表型的研究使得科学研究的对象范围缩小而且更加直观，易于理解, 这点也是代谢组学研究的优势之一. 代谢组学的优势主要包括：对机体损伤小，所得到的信息量大，相对于基因组学和蛋白质组学检测更加容易。由于代谢组学发展的时间较短, 并且由于代谢组学的分析对象是无偏向性的样品中所有的小分子物质，因此对分析手段的要求比较高, 在数据处理和模式识别上也不成熟，存在一些不足之处。同时生物体代谢物组变化快, 稳定性较难控制，当机体的生理和药理效应超敏时，受试物即使没有相关毒性，也可能引起明显的代谢变化，导致假阳性结果。 代谢组学应用领域大致可以分为以下7个方面：

《代谢组学》课程考试大纲

《代谢组学》课程考试大纲 适用专业：化学生物学，本科学制年限：四年 总学时： 32（讲课）学分： 2.0 制定者：何德审核人： 一、课程的性质与考试目的 1、课程性质：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。 2、考试目的：考核学生系统掌握本课程教学的基本理论、基本知识和基本技能，以及联系实际、运用所学的理论分析问题和解决问题的能力，确保学生达到本专业应掌握的基本代谢组学知识要求。 二、考试的内容与要求 第一章绪论 考试内容：代谢组学的概念，范畴；代谢组学研究的内容、对象、任务和方法。 考试要求：掌握代谢组学的基本概念和任务。 第二章代谢与代谢组学 考试内容：1、代谢2、代谢的组学研究3、代谢组与转录组学和蛋白组学的联系与区别4、代谢组学与系统生物学 考试要求：掌握代谢的组学研究；辨析代谢组与转录组学和蛋白组学以及系统生物学的相对关系 第三章代谢组学的技术平台 考试内容：代谢组学研究中所用到的技术方法以及原理：气相色谱、质谱、液质联用（LC-MS）法、傅立叶变换质谱、红外光谱、毛细管电泳-质谱联用（CE-MS）、核磁共振 考试要求：掌握毛细管电泳-质谱联用（CE-MS）、核磁共振技术。 第四章代谢组学的研究方法和步骤 考试内容：代谢组学的研究方法和步骤：样品制备，数据采集和标志物识别，数据分析，代谢途径分析 考试要求：了解和掌握代谢组学的研究方法和步骤 第五章代谢组学分析

代谢组学研究进展综述

代谢组学技术及其在中医研究中的探讨 姓名：郭欣欣学号：22009283 导师：刘慧荣 代谢组学(metabonomics) 是20世纪90年代中期发展起来的一门新兴学科,是关于生物体系受刺激或扰动后(如将某个特定的基因变异或环境变化后) 其代谢产物(内源代谢物质) 种类、数量及其变化规律的科学。它研究的是生物整体、系统或器官的内源性代谢物质的代谢途径及其所受内在或外在因素的影响。常用的方法是检测和量化一个生物整体代谢随时间变化的规律;建立内在和外在因素影响下,代谢整体的变化轨迹,反映某种病理(生理) 过程中所发生的一系列生物事件。 1 代谢组学研究技术平台 代谢组学研究的技术平台包括以下几个部分:前期的样品制备,中期的代谢产物检测、分析与鉴定以及后期的数据分析与模型建立。 前期代谢组学研究常用的检测技术,一般不需要对标本行特别的分离、纯化等。但离体条件下,细胞或组织内的代谢状态可迅速改变,代谢物的质与量亦随之变化,为正确反映在体的真实信息,须立即阻断内在酶的活性。最为常用的是冰冻/液氮降温法及冷冻、干燥的保存技术,尽管如此,细胞间仍始终有一低水平的代谢活动,需尽量避免氧化等活化因素。 中期代谢产物的检测、分析与鉴定是代谢组学技术的核心部分,最常用的是NMR及质谱(MS)两种。 核磁共振技术是利用高磁场中原子核对射频辐射的吸收光谱鉴定化合物结构的分析技术,生命科学领域中常用的是氢谱( 1H NMR ) 、碳谱(13C NMR)及磷谱(31P NMR)三种。可用于体液或组织提取液和活体分析两大类。 NMR技术在代谢组学中的应用越来越广泛,它具有如下优点: ①无损伤性,不破坏样品的结构和性质; ②可在一定的温度和缓冲范围内进行生理条件或接近生理条件的实验; ③与外界特定干预相结合,研究动态系统中机体化学交换、运动等代谢产物的变化规律; ④实验方法灵活多样。但仪器价格及维护费用昂贵限制了该技术的进一步普及。 质谱技术是将离子化的原子、分子或是分子碎片按质量或是质荷比(m/e)大小顺序排列成图谱,并在此基础上,进行各种无机物、有机物的定性或定量分析。新的离子化技术则使质谱技术的灵敏度和准确度均有很大程度的提高。NMR技术与MS技术相比,各有其优缺点,需要在研究中灵活选用。总体而言,NMR技术应用的更为广泛。此外,根据代谢组学的研究需要,还常用于其他的一些分析技术,如气相色谱(GC) ,高效液相色谱仪(HPLC) ,高效毛细管电泳(HPCE)等。它们往往与NMR或MS技术联用,进一步增加其灵敏性。但不容忽视的是,随着分析手段更新,敏感性及分辨率提高,“假阳性”的概率也就越大,可能是仪器技术方法固有的，亦或是数据分析过程中产生的。 后期代谢组学研究的后期需借助于生物信息学平台。它往往借助于一定的软件,联合多种数据分析技术,将多维、分散的数据进行总结、分类及判别分析,发现数据间的定性、定量关系,解读数据中蕴藏的生物学意义,阐述其与机体代谢的关系。如果说分析技术在我们面前打开了“一扇门”,正确的数据分析方法和模型建立便是“找到宝藏”的钥匙。 主成分分析法( PCA) 是最常用的分析方法。其将分散于一组变量上的信息集中于几个综合指标(PC)上,如糖代谢、脂质代谢、氨基酸代谢等,利用主成分描述机体代谢的变化情况,发挥了降维分析的作用,避免淹没于大量数据中。其他的模式识别技术,如聚类分析、辨别式功能分析、最小二乘法投影法等在代谢组学研究中亦有其重要的地位。 现实情况下,代谢组学的数据更为复杂,特别是NMR对病理生理过程的研究,将代谢物的表达谱与时间相联系,分析时更加困难,需要借助复杂的模型或是专家系统进行分析(在应用

药用植物代谢组学的研究进展

药用植物代谢组学的研究进展 【摘要】从技术步骤、分析方法以及实际应用三个方面对当前药用植物代谢组学研究领域的一些理论问题和实践中面临的挑战进行综述。 【关键词】药用植物;代谢组学;功能基因组学 代谢组学是对生物体内代谢物进行大规模分析的一项技术[1],它是系统生物学的重要组成部分(如图1所示),药用植物代谢组学主要研究外界因素变化对植物所造成的影响,如气候变化、营养胁迫、生物胁迫,以及基因的突变和重组等引起的微小变化,是物种表型分析最强有力的工具之一。在现代中药研究中,代谢组学在药物有效性和安全性、中药资源和质量控制研究等方面具有重要理论意义和应用价值。另外,在对模式植物突变体文库或转基因文库进行分析之前,代谢组学往往是首先考虑采用的研究方法之一。目前,国外已有成功利用代谢组学技术对拟南芥突变株进行大规模基因筛选的例子,这为与重要性状相关基因功能的阐明和选育可供商业化利用的转基因作物奠定了基础 目前,还有许多经济作物的全基因组测序计划尚未完成,由于代谢组学研究并不要求对基因组信息的了解,所以在与这些作物有关的研究领域具有更大的利用价值,这也是其与转录组学和蛋白组学研究相比的优势之一。代谢组学研究涉及与生物技术、分析化学、有机化学、化学计量学和信息学相关的大量知识,Fiehn[2]对代谢组学有关的研究方向进行了分类(见表1)。 1代谢组学研究的技术步骤 代谢组学研究涉及的技术步骤主要包括植物栽培、样本制备、衍生化、分离纯化和数据分析5个方面(见图2)。 1.1植物栽培 对研究对象进行培育的目的是为了对样本的稳定性进行控制,相对于微生物和动物而言,植物的人工栽培需要考 表1代谢组学的分类及定义略 虑更多的问题,如中药材在不同年龄、不同发育阶段、不同部位以及光照、水肥、耕作等环境因素的微小差异都可引起生理状态的变化,而这些非可控及可控双重因素的影响很难进行精确的控制,从而影响药用植物代谢组研究的重复性。为了解决以上问题,推荐使用大容量的培养箱[3],定时更换培养箱中栽培对象的位置,以及使用无土栽培技术等,Fukusaki E[4]利用无土栽培系统将水和养分直接引入植物根部,并且对供给量进行精确地控制,大大提高了实验的重复性。 1.2样本制备 为了获得稳定的实验结果,样本制备需要考虑样本的生长、取样的时间和地点、取样量以及样本的处理方法等问题,并根据分析对象的分子结构、溶解性、极性等理化性质及其相对含量大小对提取和分离的方法进行选择,逐一优化试验方案。Maharjan RP等[5]用6种方法分别对大肠杆菌中代谢产物进行提取,发现用-40℃甲醇进行提取的效果最好。现阶段代谢组学的分析对象主要集中在亲水性小分子,尤其是初级代谢产物,气相色谱 质谱联用(GC MS)和毛细管电泳 质谱(CE MS)联用都是分析亲水小分子的重要技术。Fiehn O等[6]使用GC MS 对拟南芥叶片中的亲水小分子进行了分析,发现酒石酸半缩醛、柠苹酸、别苏氨酸、羟基乙酸等15种植物代谢物。 1.3衍生化处理 对目标代谢产物的衍生化处理取决于所使用的分析设备,GC MS系统只适

浅析代谢组学技术在中药研究中的应用

浅析代谢组学技术在中药研究中的应用 摘要：人类对复杂生命体的认识循着从器官/组织、细胞到基因的方式，现在又回到了以整体性研究为特点的系统生物学(system Biology)的时代，其鲜明的特征是各种“组学”(-omics)研究的繁荣。代谢组学(metabonomics)是继基因组学(genomics)、转录组学(transcriptomics)和蛋白质组学(proteomics)后新兴的一种组学方法，是系统生物学的重要组成部分，由Nicholson于1999年首次提出。代谢组学研究的核心思想在于利用现代分析技术定量测定生物体液(如尿液、血浆、组织提取液等)中的内源性代谢产物，考察生物体在不同状态下(生理病理状态、给药前后等)其代谢产物的变化，通过代谢物图的整体分析直接认识生理病理及生化状态，结合化学信息学分析方法确定内源性小分子代谢物成分的变化模式，获得相应的生物标记物群(biomarkers)，表征或揭示生物体在特定时间、环境下整体的功能状态[1,2]。其后又出现了针对植物的代谢组学研究(metabolomics)。如今代谢组学已在药物毒性及安全性评价、疑难疾病诊断、新药研发及药物作用机制研究等生命科学的多个领域展示了广阔的应用前景[4,5]。 关键词：代谢组学技术;中药研究;应用 完整的代谢组学分析流程应包括样品的采集、预处理、仪器分析与鉴定、数据分析及生物标记物意义解读，最终认识机体生化反应机理和生命现象。主要研究手段包括核磁共振谱(NMR)、气相色谱-质谱和液相色谱-质谱等各种高通量、高分辨、高灵敏度的谱学技术，特别是 以其灵敏度高、分析速度快、样品无需衍生化等优点，受到众多研究者的关注。主成分分析(PCA) 及偏最小二乘法判别分析等多元模式识别方法 是代谢组学常用的数据降维和信息挖掘方法。 中药“多组分、多靶点、整合调节作用”的特点及中医药理论的“整体观、动态观、辨证观”与代谢组学整体性、系统性、综合性相吻合。因此，以代谢组学为主体的系统生物学研究方法可能是现代科学中可以概括中医药抽象整体观 思想的重要途径。作者遴选了近年来国内外学者在中药代谢组学研究领域颇具代表性的论文作一综述，希望能够为读者提供一定参考。 1 代谢组学技术在现代中药研究中的应用 代谢组学与中医证候模型的研究 辨证论治是中医药的特色与精华，“证”是机体在疾病发展过程中某一阶段的病理概括。建立中医“证”动物模型是开展符合中医药理论药效评价的重要

中药代谢组学研究中生物样品前处理方法

中药代谢组学研究中生物样品前处理方 法 （作者：_________ 单位：___________ 邮编：___________ ） 作者：邹忠杰，梁生旺，袁经权，龚梦鹃 【摘要】总结中药代谢组学研究中生物样品（尿液、血液）的前处理 方法，主要包括：尿液中加入缓冲液提供相同的pH值和离子强度， 保持代谢物化学位移的恒定。利用有机溶剂沉淀法除去血液中的大分子物质，增加色谱柱的性能和使用寿命。血液和尿液样品在进行GC'MS分析前要进行衍生化处理。同时，对尿液和血液的采集与储存方法进行了总结。 【关键词】中药；代谢组学;样品前处理 Abstract: In order to reduce the chemical shift variati on ,the pH and the con siste ncy of io nic stre ngth were con trolled by add ing buffer to uri ne samples. In an alysis of blood,efficie nt removal of macromolecules such as protei ns by orga nic solve nt precipitatio n before injectio n in to an analytical LC column was important in enhancing the performanee and extending column lifetime. Sample derivatization of blood

sample and urine sample before GC：MSanalysis was needed. And methods of collecti on and storage of urine and blood samples were also reviewed. Key words:traditional Chinese medicine; metabonomics; pretreatme nt 代谢组学（metabonomics）是继基因组学、转录组学和蛋白质组学后新兴的一种组学方法，是系统生物学的重要组成部分。中药“多组分、多靶点、整合调节作用”的特点与代谢组学整体性、系统性、综合性相吻合。因此，以代谢组学为主体的系统生物学研究方法可能是现代科学中可以概括中医药抽象整体观思想的重要途径。王广基等对 代谢组学技术在中医药关键科学问题研究中的应用前景进行了分析［1］。作者综述了代谢组学技术在中药整体疗效、作用机制及安全性等研究中的应用［2］。 代谢组学研究中的分析手段主要包括核磁共振谱（NMR）气相色谱拟质谱（GC以MS和液相色谱拟质谱（LC拟MS）等各种高通量、高分辨、高灵敏度的谱学技术［3］。NMR由于其具有很高的重现性、一次实验中实现对各种化合物的同时测定、信号强度与其摩尔浓度成正比，可以很容易进行定量分析、借助各种2D A N MR技术可以在对复杂样品不进行进一步分离的前提下实现结构鉴定等诸多优点而被广泛应用［4］。高分辨魔角旋转核磁共振技术（high拟resolution magic拟angle拟spinning NMF^pectroscopy）可以使研究者不经过提取等繁琐的步骤直接对完整的组织进行测定［5］。L C）：MS特

中药现代化的必要性

中药现代化的必要性 姓名：刘曙辉学号：5801308021 摘要：中华民族五千年的悠久历史，我们的优秀文化数不胜数，中医中药作为我国的医药博大精深的理论流传到今天仍然深受人们认可，常年作为国人看 病就医的首选，它的发展也代表了中国文化精粹的传承和发扬。在工业化、信息化的当今社会，中药的现代化发展也是势在必行。 关键词：中药现代化势在必行 具有五千年历史的中医药，是中华民族优秀传统文化的重要组成部分。中药因其源自天然，毒副作用小，而具有保健、预防、治疗、康复等综合作用。近年来，人们崇尚自然、“回归自然”潮流兴起传统天然药物日益展现出巨大的开发潜力和产业前景，已成为世界医药产业的重要发展方向之一。 一、什么是中药现代化 将中药的使用从粗放型向规范化转变，与现代药学技术相接轨，这个说法说要比中药现代化更准确一些。 中医药现代化必须走系统医学的道路。也就是说，必须彻底摆脱西医的理论、方法和手段，用系统的方法来研究中医，在系统论指导下的医学研究，才是中医现代化的正确道路。中医现代化走中西方思维方式互补之路。在人类认识世界的历史进程中，形成两种思维方式：一种是西方人惯用的对象性思维方式。即将整个世界（包括人自身在内）作为一种外在的对象进行研究，将认识的主体与客体截然分开，相互对立（即主体和客体呈二元性）。 简单地说，就是从传统中药发展提高到现代化中药；具体地说，中药现代化来源于传统中药的经验和临床，依靠现代先进科学技术手段，遵守严格的规范标准，研究出优质、高效、安全、稳定、质量可控、服用方便，并具有现代剂型的新一代中药，符合并达到国际主流市场标准，可在国际上广泛流通。这个过程，就是中药现代化。其具体内容包括：中药理论现代化、中药质量标准和规范的现代化、中药生产技术的现代化、中药文化传播的现代化和提高中药产品国际市场份额。

代谢组学综述

代谢组学综述 摘要：代谢组学是20世纪90年代中期发展起来的对某一生物或细胞所有低相对分子质量代谢产物进行定性和定量分析的一门新学科,由于其广泛的应用前景,目前已成为系统生物学的重要组成部分。现简要介绍了代谢组学的含义、代谢组学研究的历史沿革、当前代谢组学研究中的分析技术、数据解析方法,综述了代谢组学在药物毒理学研究、疾病诊断、植物和中药等领域的应用情况,并对当前代谢组学研究中存在的问题及发展趋势进行探讨。 关键词：代谢组学研究技术 随着人类基因组计划等重大科学项目的实施,基因组学、转录组学及蛋白质组学在研究人类生命科学的过程中发挥了重要的作用, 与此同时, 代谢组学（metabolomics）在20世纪90年代中期产生并迅速地发展起来, 与基因组学、转录组学、蛋白质组学共同组成系统生物学。基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等各种组学0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。这些组学手段加上生物信息学, 成为系统生物学的重要组成部分。 代谢组学的出现和发展是必要的, 同时也是必须的。对于基因组学和蛋白质组学在生命科学研究中的缺点和不足, 代谢组学正好可以进行弥补。代谢组学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, 并且检测这种应答的全貌及其动态变化。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。 1 代谢组学的概念及发展 代谢组学最初是由英国帝国理工大学Jeremy N icholson教授提出的, 他认为代谢组学是将人体作为一个完整的系统, 机体的生理病理过程作为一个动态的系统来研究, 并且将代谢组学定义为生物体对病理生理或基因修饰等刺激产生的代谢物质动态应答的定量测定。2000年, 德国马普所的Fiehn等提出了代谢组学的概念, 但是与N icholson提出的代谢组学不同, 他是将代谢组学定位为一个静态的过程, 也可以称为/代谢物组学, 即对限定条件下的特定生物样品中所有代

代谢组学在中药药理研究中的应用

【摘要】笔者结合多年的工作经验，针对代谢组学在中药药理研究中的应用进行研究讨论，具体介绍了这种组学方法的特点，并得出以下相关结论，以供参考。 【关键词】代谢组学；中药药理；研究应用 0.引言 代谢组学当今一种全新的生物系统研究方法，其主要是对生物体系中的数量、代谢物质种类等进行研究分析。这种中医学方法在我国中药药理研究中得到了十分广泛的应用。通过采用先进的检测技术，以及相关专业的计算方法，以此来判断中药体内代谢组的变化规律，从而对中药的疗效和安全性进行评价。因此，本文针对代谢组学在中药药理研究中的应用进行探讨阐释，从而总结出一些自身的看法与观点。 1.在中药药效物质基础研究中的应用 随着药学技术的不断进步与发展，相关的组学方法也取得了较大的完善与改革。而代谢组学正是在这一发展过程中所累积的产物。自从其被提出以来，受到了我国中药医学界的高度关注，并对其进行了实质性的科研研究，尤其是在对中药药效物质基础方面，很多医学学者进行了深入的探索，并得到了十分显著的成果。在早期的医学研究过程中，已经有部分学者利用代谢组学法，以及先进的分析仪器来对黄芩苷体进行了实验研究，从中发现了三种不同的代谢产物，这就说明这三种化学结构在分解吸收后分别形成了代谢物质，而黄芩甘体则是代谢产物中的主体结构，从而共同组成了该中药的药效物质。 在对钩藤多动合剂的生物化学机制研究中，发现了具有疗效的生物标志物，并证明这种药物是通过调节单胺类神经递质的失衡而发挥作用。有学者对肾虚证的大鼠给予淫羊藿治疗，运用超高效液相色谱质谱结合主成分分析的方法研究发现淫羊藿苷和朝藿定可能为淫羊藿的主要药效物质基础。一些实验结果表明，尖萼耧斗菜的作用靶标与其他9种常用抗菌素一样都是作用于蛋白质的合成，发挥抗菌作用的主要活性物质可能是木兰碱。还有学者实验比较了款冬的花蕾和叶轴水提液对氨诱导的小鼠咳嗽的药效，通过对代谢物的lh―nmr光谱和多远数据分析发现，款冬花蕾的止咳和化痰功效可能与其高浓度的绿原酸、3，5咖啡酰奎宁酸及芸香苷相关。 2.在中药及中药复方作用机制研究中的应用 通常情况下，对于一些药效成分复杂的中药复方进行研究时，代谢组学方法反而能发挥更好的研究作用。因此，针对这一问题，我国某个药学学者就进行了相关的实验研究，通过利用先进的快速液相色谱串联离子阱飞行时间质谱技术对研究物的血液代谢物进行探索研究，从中发现研究物中的胆固醇代谢、氨基酸代谢、等代谢发生了较大的变化。 运用代谢组学的方法结合气相色谱一质谱（gc―ms）的检测手段探讨了下淤血汤对cc1诱导的肝纤维化大鼠的治疗作用机理，通过主成分分析（pca）、最小偏二乘法（pls-da）等模式识别方法，证明了cc1所致的代谢紊乱在下淤血汤的干预下得到恢复，鉴定了10个与调节能量代谢、微生物菌群、氨基酸及脂肪酸代谢相关的生物标志物。下淤血汤的作用机理可能包括这些过程。另外，对心气不足证的代谢组学特征和温心方对其治疗作用进行了实验研究，采用uplc―ms联用技术、多变量分析和数据库检索等方法，鉴定出了17个生物标志物，通路分析提示心气不足证的糖酵解、糖异生代谢，不饱和脂肪酸、脂肪酸及嘌呤的生物合成代谢网络被严重扰乱，而温心方通过调节多个通路紊乱至正常水平而具有潜在的药理作用。运用代谢组学方法对逍遥散抗抑郁的作用机制进行了实验研究，以核磁共振（nmr）结合多变量分析的方法对血浆代谢物组进行鉴定和分析，发现了11个潜在的生物标志物，且与对照组比较抑郁治疗组的氧化三甲胺、丙氨酸、羟基丁酸、缬氨酸、亮氨酸/异亮氨酸、低密度/极低密度脂蛋白和脂肪含量降低，卵磷脂、高密度脂蛋白、胆碱。 3.在中药安全性和毒性研究中的应用

代谢组学及其发展

代谢组学及其发展 摘要：代谢组学是上世纪九十年代中期发展起来的一门新兴学科，是系统 生物学的重要组成部分。它是关于生物体系内源代谢物质种类、数量及其变化规律的科学，研究生物整体、系统或器官的内源性代谢物质及其所受内在或外在因素的影响。 关键词：代谢组学，研究方法，组学运用，中药学 1 代谢组学 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。 2代谢组学的研究方法 2.1研究范围 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（MW<1000）。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。 2．2常用的分析技术 主要技术手段是代谢组学以液相色谱一质谱(LC．MS)、气相色谱-质谱(GC．Ms)、核磁共振谱(NMR)等方法为主要研究手段[1.2.3]，其中以NMR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。 据不同的研究对象和研究目的，Fiehn 将生物体系的代谢产物分析分为4个层次：(1)代谢物靶标分析对某个或某几个特定组分的分析。在这个层次中，需要采取一定的预处理技术除掉干扰物，以提高检测的灵敏度。(2)代谢轮廓(谱)分析对少数所预设的一些代谢产物的定量分析。如某一类结构、性质相关的化合物，某一代谢途径的所有中间产物或多条代谢途径的标志性组分。进行代谢轮廓(谱)分析时，可以充分利用这一类化合物的特有的化学性质，在样品的预处理和检测过程中，采用特定的技术来完成。(3)代谢组学是在限定条件下对特定生物样品中所有内源性代谢组分的定性和定量分析。进行代谢组学研究时，样品的预处理和检测技术必须满足对所有的代谢组分具有高灵敏度、高选择性、高通量的要求，而且基体干扰要小。代谢组学涉及的数据量非常大，因此需要有能对其数据进行解析的化学计量学技术。代谢组学的最终目标是解析所有的可见峰。(4)代谢指纹分析不具体鉴定单一组分，而是通过比较代谢物指纹图谱的差异对样品进行快速分类。 2.3数据处理平台 应用NMR或MS得到的代谢组学数据是海量的多变量数据信息，需要利用模式识别(PR，pattern recognition)技术进行多元数据分析，将数据降维，然后对样本分类或寻找生物标志物(biomarker)，用来解释代谢表型(metabolic phenotypes)

谈基于代谢组学技术的中药复方研究近况

谈基于代谢组学技术的中药复方研究近况 中药复方是中药临床应用的重要形式，通过多成分协同作用实现对人体疾病的调节与治疗，其作用靶点多，一般涉及多条代谢通路，并具有时效性。传统研究手段一般只针对复方的某一功效、主治开展药效和药理研究。相比之下，代谢组学结合了大规模信息提取技术和多元变量处理技术，针对机体所有代谢产物进行分析，其研究模式与复方作用机制相契合，故近年来被广泛应用于中药复方研究。本文回顾了近五年来代谢组学技术在中药复方研究中的应用，拟通过初步分析、总结其应用概况及研究成果，讨论可能存在的问题，并展望其研究前景。 1 代谢组学简介 1. 1 代谢组学的起源与发展代谢组学作为系统 生物学的重要组成部分，起源于1970 年代。1999年，Nicholson 等受到核磁共振( NMR) 技术分析大鼠尿液这一实验研究的启发，最先提出代谢组的概念，认为代谢组学是生物体对病理生理或基因修饰等刺激产生的代谢物质动态应答的定量测定。2000年Fiehn 等定义了代谢组学，认为代谢组学是对限定条件下的特定生物样品中所有代谢产物的定性和定量分析。 1. 2 代谢组学的主要研究层次、研究对象及研究方法 目前，代谢组学的研究层次主要分为靶标分析、代谢轮廓分析、代谢物指纹分析及代谢组学分析，相比较而言，代谢组学分析更加系统

化、完整化。代谢组学利用先进的分析手段对生物单元，如生物体液、细胞或组织提取物中的一些小分子物质( 相对分子质量 1 kDa) 进行系统的测量和分析。同时结合大规模信息提取技术和多元变量处理技术，分析外源性物质及因素( 如药物、食物、环境等) 对生物体所产生的整体效应，认识机体的生理、病理状态。最后，结合模式识别和专家系统等分析方法确定生理病理状态下及外源性物质刺激引起的内源性代谢物组的变化规律，获得表征生物体在特定时间和环境下的整体功能状态与生物标志物( 群) 。 2 基于代谢组学的中药复方药效及作用机制研究 代谢组学技术的引入，为复方药效及作用机制研究提供了新思路和新方法，有助于科研得到更加全面、准确、动态的结果，促进了这一研究领域的发展。 2. 1 临床研究 在临床应用方面，代谢组学能够实现对血液、尿液、粪便以及唾液、精液、眼泪等生物样品的检测，与传统检测手段相比，代谢组学技术具有非破坏性，能够更全面、更快速地得到检测结果，从而提高患者的依从性。同时，代谢组学技术提供的动态分析结果，符合中药复方辨证论治的诊疗特点，能够更好地为临床服务。 林燕等研究玉屏风颗粒对反复上呼吸道感染肺卫气虚证患者的药效作用机制，研究基于液质联用技术检测患者血浆，结果表明疾病组在治疗前的代谢谱和健康组存在明显不同，经玉屏风颗粒干预后其代谢谱向健康组回归; 半胱氨酸、苏氨酸、焦谷氨酸和L-蛋氨酸4 种物

代谢组学_药物代谢组学与中医药现代化

中国医学科学院学报 ACT A ACADE M I A E MED I C I N AE SI N I CAE 818 D e cem be r,2007 ?综　述? 代谢组学、药物代谢组学与中医药现代化 林景超 1,2 ,李后开 1,2 ,周明眉3,贾　伟 1,2,3 1 上海交通大学　药学院中药制剂学及天然药物研究课题组,上海200240 2 上海系统生物医学研究中心,上海200240 3 上海中医药大学　中医方证与系统生物学研究中心,上海201203 通信作者:贾　伟　电话/传真:021*********,电子邮件:weijia@sjtu 1edu 1cn 摘要:在探讨复杂生命现象时,代谢组学、药物代谢组学对机体的整体性认识与传统中医药学的思维方法有一定 的趋同性。如果在中医药现代化研究中,有效地契合代谢组学研究方法,将能够深化中药的整体疗效评价、证候的内在本质及辨证施治研究,加快传统中医药与现代生命科学技术的结合,推动中医药现代化,为中医药的发展提供新的空间。 关键词:代谢组学;药物代谢组学;中医药现代化;中药整体疗效评价;证候;辨证施治中图分类号:R241119 文献标识码:A 文章编号:10002503X (2007)0620818205 M etabonom ics,Pharmaco 2m etabonom ics,and the M odern iza tion of Trad itiona l Ch i nese M ed ic i ne L IN J ing 2chao 1,2 ,L I Hou 2kai 1,2 ,ZHOU M ing 2mei 3,J I A W ei 1,2,3 1 Group of Phar maceutics and Phar maceutical Research of Natural Medicines, School of Phar macy,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China 2 Shanghai Center for System s B iomedicine,Shanghai 200240,China 3 Center for Traditi onal Chinese Medicine and System s B iology,Shanghai University of Traditional Chinese Medicine,Shanghai 201203,China Corres ponding author:J I A W ei Tel/Fax:021*********,E 2mail:weijia@sjtu 1edu 1cn ABSTRACT:Facing the comp licated life phenomemon,both metabonom ics and phar maco 2metabonom ics take an organic concep tion of the human body,which confor m s to the way of thinking of traditional Chinese medicine (TC M )1The app lication of metabonom ics and phar maco 2metabonom ics in the modernization of TC M will deepen the evaluation of the therapeutic effects of TC M ,the study of intrinsic quality of TC M syndrome and the treat ment by differentiation of syndrome,facilitate the integration of TC M with modern biological science and technology,p romote the modernization of TC M ,and p rovide a new space for the development of TC M 1 Key words:metabonom ics;phar maco 2metabonom ics;modernization of traditional Chinese medicine;evaluati on of therapeu 2 tic effects of traditional Chinese medicine;traditional Chinese medicine syndrome;treat m ent by differentiati on of syndrome Acta Acad M ed S in,2007,29(6):818-822 中医药学是我国传统医学体系中的主要组成部分,在其发展的历程中,不断吸收各个时期的先进 思想理论和科学技术,对中华民族的繁衍昌盛及世界民族医学的发展做出了不可磨灭的贡献。中医药

代谢组学及其分析技术

代谢组学及其分析技术 王斯婷, 李晓娜, 王皎, 凌笑梅 M etabonom ics and its analytical technique WAN G S i- ting, L I X iao- na, WAN G Jiao, L ING X iao- m e i 综述 * ** (北京大学药学院, 北 京 100191) 摘要: 代谢组学是 20世纪 90年代中期发展起来的对某一生物或是细胞内所有低相对分子质量代谢产物进行动态检测以及定 性 定量研究的一门学科, 它主要应用在药物毒理学研究、疾病诊断、植物和中药等领域。代谢组学对分析技术要 求较高, 近年来 随 着分析手段的不断完善, 代谢组学的研究得到了更加广泛的应用。本文对近年来各种分析技术在代谢组学中 的应用, 不同分 析 技术各自的优缺点, 应用领域等进行了综述。同时也总结了在代谢组学的实际应用中遇到的一些实验技术方面的问题。 关键词: 代谢组学; 核磁共振; 气质联用; 液 质联用 中图分类号: R 917 文献标识码: A 文章编号: 0254- 1793( 2010) 09- 1792- 08 * ** ( Schoo l of Pharm aceu tical Sciences, P ek ing U n iversity, Be ijing 100191, Ch ina) Abstract: M etabonom ics is a new science and techno logy developed in m id 1990s. It refers to a ho listic and dynam ic analytical approach to all the low re la tive mo lecular m assm etabo lites in an organ ism or ce lls. Current status for ap p lications o fm etabonom ics research in tox ico logy, diagnosis, plants and traditiona lCh inese m edic ine. Because m eta bonom ics has high ly request for analytica l techno logy, w ith the develop ing of analytical technology, m etabonom ics has mo re w ide ly app lication. In th is paper, current analytica l techno logy for m etabonom ics and its app lication is re view ed. And experim enta l techno logy for m etabonom ics is summ arized. K ey w ords: m etabonom ics; NMR; GC - M S; LC- M S 随着人类基因组计划等重大科学项目的实施, 基因组学、转录组学及蛋白质组学在研究人类生命 科学的过程中发挥了重要的作用, 与此同时, 代谢组 学 ( m etabonom ics)在 20世纪 90年代中期产生并迅 速地发展起来, 与基因组学、转录组学、蛋白质组学 共同组成 系统生物学 !。基因组学、转录组学、蛋 白质组学和代谢组学等各种 组学 !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。这些 组学 !手段加上生物信息学, 成为 系统生物学的重要组成部分。 代谢组学的出现和发展是必要的, 同时也是必 中的缺点和不足, 代谢组学正好可以进行弥补。代 谢组学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, 并且检 测这种应答的全 貌及其动态变 化。 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。 1 代谢组学的概念及发展 代谢组学 m etabonom ics 最初是由英国帝国理工 大学 Jeremy N icho lson 教授提出的, 他认为代谢组学 是将人体作为一个完整的系统, 机体的生理病理过 程作为一个动态的系统来研究, 并且将代谢组学定 义为生物体对病理生理或基因修饰等刺激产生的代 须的。对于基因组学和蛋白质组学在生命科学研究 谢物质动态应答的定量测定 [ 1] 。 2000年, 德国马普 * 北京市自然基金项目 ( 7102107 ); 天然药物及仿生药物国家重点实验室开放基金项目 ( K20090207); 国家科技重大专项 重大新药创制 ! 课题 ( 2009ZX09301- 010) ** 通讯作者 Te:l ( 010) 82801590; E - ma i:l pku lxm@ 126. com