代謝組學(xué)是為以代謝組為研究對象的一門學(xué)科，代謝組指生物體系中參與生物代謝途徑中的所有分子量低于 1500Da 的小分子物質(zhì)，包括氨基酸、核酸、糖類、有機(jī)酸、類固醇、生物堿等等。而代謝組學(xué)則借助于高通量技術(shù)來鑒別且定量細(xì)胞、組織或者器官中所有代謝產(chǎn)物的生命科學(xué)研究。

代謝通路整體圖（來源于 KEGG 網(wǎng)站）

代謝組學(xué)的研究方向主要分為兩塊，分別為非靶向代謝組學(xué)研究和靶向代謝組學(xué)研究。

常規(guī)代謝組學(xué)流程圖

非靶向代謝組學(xué)研究通常應(yīng)用于表型明顯不同的樣本檢測，從代謝維度尋得不同生物學(xué)事件的原因，如疾病的發(fā)生與診斷、藥物作用、毒理研究、基因突變與修飾等等。非靶向代謝組學(xué)在這些研究中的應(yīng)用是基于對所提供的生物樣本的無偏向性檢測實現(xiàn)的。由于代謝的波動性，這些樣本需要根據(jù)其類別（微生物、動物、植物、臨床樣本等）提供足夠的生物學(xué)重復(fù)以降低組內(nèi)差異的影響。后期通過多元統(tǒng)計分析獲得不同組別差異的代謝原因，結(jié)合生物信息學(xué)實驗結(jié)果全面闡述生物體系生理變化的發(fā)生發(fā)展機(jī)制。

非靶向代謝組學(xué)中常用的技術(shù)平臺有 GC-MS（氣質(zhì)聯(lián)用儀）、LC-MS（液質(zhì)聯(lián)用儀）和 NMR（核磁共振）。在代謝組學(xué)的初期，代謝組學(xué)研究中 NMR 與 LC/GC -MS 文獻(xiàn)幾乎各占半壁江山，如今隨質(zhì)譜技術(shù)的普及及發(fā)展，以質(zhì)譜平臺居多。NMR 檢測可以對代謝物同時定性和定量分析，但是由于靈敏度不高，因而檢測到的動態(tài)范圍有限，此外 NMR 設(shè)備價格昂貴，亦是目前應(yīng)用較少的原因之一。色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，由于出色的靈敏度和分辨率，可以檢測到的代謝物動態(tài)范圍更為廣泛。

各類型儀器優(yōu)缺點對比圖

需要注意的是，受代謝產(chǎn)物特性（分子量大小、揮發(fā)性、極性等）和動態(tài)變化范圍（濃度高低不同）的影響，目前沒有任何一個平臺能夠同時覆蓋到樣本中所有的化合物，需要通過改變前處理條件及各平臺相結(jié)合的并行檢測來改善。因此在選擇檢測平臺時，需根據(jù)樣本情況及經(jīng)費預(yù)算進(jìn)行綜合考慮。

靶向代謝組學(xué)則是檢測目標(biāo)代謝產(chǎn)物在生物體系中具體的含量值，以 jué對定性的結(jié)果來佐證前期的研究成果。根據(jù)目標(biāo)代謝產(chǎn)物的特性，選擇合適的檢測平臺（目前多采用 UPLC-MS/MS），購買相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)品，進(jìn)行分析方法的開發(fā)及驗證，發(fā)揮儀器高靈敏度的優(yōu)勢，獲得樣本中指定的代謝物的濃度值。

LC-MS 靶向技術(shù)路線圖

非靶向和靶向技術(shù)相結(jié)合是目前代謝組學(xué)課題設(shè)計的常見思路。在研究階段的初期，采取非靶向技術(shù)篩選到對組別差異造成貢獻(xiàn)的潛在生物標(biāo)志物；中期，可根據(jù)這份潛在生物標(biāo)志物列表開發(fā)一套靶向檢測方法，獲得目標(biāo)物質(zhì)的 jué對定量信息；后期，可結(jié)合分子生物學(xué)實驗完善機(jī)理研究，從基因、轉(zhuǎn)錄及蛋白等多個層面上闡述生理變化過程的機(jī)制，為臨床、環(huán)境等實際應(yīng)用提供指引方向。

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