背景^[1-4][6]

非靶向代謝組學(xué)非是在有限的相關(guān)研究和背景知識的基礎(chǔ)上，對整個代謝組進(jìn)行系統(tǒng)、全面的分析，獲取大量代謝物的數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行處理，從而找出差異代謝物的一種研究方法。目前，非靶向代謝組學(xué)分析在生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)、疾病的診斷和機(jī)制研究等方面應(yīng)用廣泛，并且為解決一些疾病機(jī)制研究的瓶頸問題提供了新的思路和方向。

1. 基本流程

  1.1樣本的采集、前處理與分析

樣本的采集是代謝組學(xué)研究的初始步驟也是最重要的步驟之一，常用于代謝組學(xué)分析的樣本包括血漿、尿液、各種組織及細(xì)胞、細(xì)胞器等。代謝組學(xué)研究要求嚴(yán)格的實驗設(shè)計，足夠大的樣本量可有效減少因生物樣本個體差異造成對分析結(jié)果的影響，從而得到有統(tǒng)計學(xué)意義的數(shù)據(jù)。

樣本前處理的目的是從成分復(fù)雜的生物樣本中提取出被分析物，減少其他成分對測定結(jié)果的干擾，也是影響代謝組學(xué)研究結(jié)果的關(guān)鍵因素。常用的樣本前處理方法包括固相萃取、液液萃取、超臨界流體萃取、加速溶劑萃取、蛋白質(zhì)沉淀、差速離心等。

使用單一的分析技術(shù)往往不能滿足代謝組學(xué)的分析要求。因此，代謝組學(xué)常需要多種分析手段的結(jié)合。近年來，核磁共振（NMR）、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）以及毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜聯(lián)用（CE-MS）已被廣泛應(yīng)用于代謝組學(xué)的研究中。分析手段的進(jìn)步與代謝組學(xué)的發(fā)展密不可分，是代謝組學(xué)學(xué)科發(fā)展的主要推動力之一。

  1.2數(shù)據(jù)處理

 代謝組學(xué)數(shù)據(jù)需要通過分析和比較找出差異代謝物。常用的數(shù)據(jù)分析方法包括主成分分析（principal component analysis，PCA）、偏最小二乘判別分析（partial least squares projection to latentstructuresdiscriminant analysis，PLS-DA）、正交偏最小二乘判別分析（orthogonal projections to latent structuresdiscriminantanalysis，OPLS-DA） 等。

應(yīng)根據(jù)實際情況選擇適宜的分析手段，從而得到可信的分析結(jié)果，同時還需結(jié)合t 檢驗和變量權(quán)重重要性排序（variableimportance in projection，VIP）值篩選差異性代謝物，一般認(rèn)為同時滿足P 小于0.05 和VIP 值大于1.0 的變量為有差異的代謝物。

隨著代謝組學(xué)分析技術(shù)日漸成熟，各種代謝組學(xué)數(shù)據(jù)庫和處理軟件也越來越多根據(jù)不同的分析方法，可以在不同的數(shù)據(jù)庫里對化合物譜圖進(jìn)行歸屬，從而得出差異代謝物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和名稱。在藥物靶點的發(fā)現(xiàn)過程中，往往需要進(jìn)行進(jìn)一步的機(jī)制研究，此時可利用KEGG、Metacyc 等數(shù)據(jù)庫進(jìn)行代謝通路分析，以便掌握相關(guān)的代謝通路并開展后續(xù)研究。

應(yīng)用^[6][7][8]

1.發(fā)現(xiàn)心血管疾病治療的潛在靶點

氧化三甲胺（trimethylamine N-oxide，TMAO）的含量升高會引起脂質(zhì)的異常累積，從而增加罹患心血管疾病的風(fēng)險。Wang 等在對心血管疾病的研究中，采用非靶向代謝組學(xué)分析顯示心血管疾病患者血漿內(nèi)TMAO 的含量明顯升高。從食物中攝取的膽堿類物質(zhì)能在腸道菌群中膽堿-三甲胺（TMA）裂解酶的作用下生成TMA，后者進(jìn)一步在肝臟經(jīng)黃素單加氧酶3（flavinmonooxygenase3，F(xiàn)MO3）催化代謝生成TMAO。

進(jìn)一步研究表明，F(xiàn)MO3 過表達(dá)轉(zhuǎn)基因小鼠在相同的高膽堿飲食條件下，其血漿內(nèi)TMAO的含量明顯高于野生型小鼠。通過反義寡核氨酸技術(shù)沉默F(xiàn)MO3 表達(dá)的小鼠，其血漿中TMAO的含量顯著低于對照組，表明FMO3 能通過調(diào)節(jié)血漿內(nèi)TMAO 含量進(jìn)一步影響動脈粥樣硬化及其他心血管疾病的發(fā)病過程。上述源于代謝組學(xué)的研究表明，F(xiàn)MO3 可能成為治療心血管疾病的潛在靶點。

2.發(fā)現(xiàn)腫瘤治療的潛在靶點

Gao等利用毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜技術(shù)，對神經(jīng)膠質(zhì)瘤樣本進(jìn)行非靶向代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)瘤組織中的亞?；撬岷匡@著高于癌旁對照組織中的亞?；撬?，并且與膠質(zhì)瘤分級（惡性程度）呈正相關(guān)。經(jīng)過分子對接計算機(jī)模擬，Gao等發(fā)現(xiàn)亞牛磺酸能夠競爭性抑制脯氨酸羥化酶2（prolylhydroxylasedomain-2，PHD2）的催化活性，影響羥基化缺氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia-induciblefactor 1α，HIF-1α）的降解，促進(jìn)其入核，從而啟動許多與腫瘤相關(guān)基因的表達(dá)。

因此，細(xì)胞內(nèi)亞牛磺酸的含量升高可促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞內(nèi)亞?；撬嵋噪装彼釣榍绑w物質(zhì)合成，而胱氨酸需通過胱氨酸/谷氨酸反向轉(zhuǎn)運體（XC-glutamate-cystineantiporter）的轉(zhuǎn)運才能進(jìn)入細(xì)胞，抑制該轉(zhuǎn)運體可以阻斷亞?；撬岬纳锖铣?，從而抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和侵襲。因此，胱氨酸/谷氨酸反向轉(zhuǎn)運體可能可以作為治療神經(jīng)膠質(zhì)瘤的潛在靶點。

在一項急性髓細(xì)胞白血病的研究中，Bhanot等利用多種酪氨酸激酶抑制劑對白血病癌細(xì)胞株進(jìn)行處理，對不同處理的細(xì)胞株進(jìn)行非靶向代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)癌變髓細(xì)胞內(nèi)源性代謝組顯著改變，一系列內(nèi)源性代謝物，如與糖酵解、三羧酸循環(huán)、糖原合成等能量代謝相關(guān)的代謝物顯著改變，其中糖原合成前體UDP-D-葡萄糖水平在癌變細(xì)胞株內(nèi)異常升高。

進(jìn)一步機(jī)制研究表明，腫瘤細(xì)胞代謝重編程依賴糖原合成途徑，進(jìn)行能量儲備。糖原合成酶1（glycogensynthase 1，GYS1）活性異常升高的患者往往預(yù)后較差。抑制GYS1不僅降低糖酵解通量，而且導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞生長受到抑制。新的靶向治療策略可以靶向抑制GYS1，從而影響腫瘤細(xì)胞能量代謝和生長，故GYS1有望成為新的治療靶點。

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