代謝組學是為以代謝組為研究對象的一門學科，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，包括氨基酸、核酸、糖類、有機酸、類固醇、生物堿等等。而代謝組學則借助于高通量技術來鑒別且定量細胞、組織或者器官中所有代謝產(chǎn)物的生命科學研究。

代謝通路整體圖（來源于 KEGG 網(wǎng)站）

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

常規(guī)代謝組學流程圖

非靶向代謝組學研究通常應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。非靶向代謝組學在這些研究中的應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）提供足夠的生物學重復以降低組內(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，結合生物信息學實驗結果全面闡述生物體系生理變化的發(fā)生發(fā)展機制。

非靶向代謝組學中常用的技術平臺有 GC-MS（氣質聯(lián)用儀）、LC-MS（液質聯(lián)用儀）和 NMR（核磁共振）。在代謝組學的初期，代謝組學研究中 NMR 與 LC/GC -MS 文獻幾乎各占半壁江山，如今隨質譜技術的普及及發(fā)展，以質譜平臺居多。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 設備價格昂貴，亦是目前應用較少的原因之一。色譜質譜聯(lián)用技術，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)費預算進行綜合考慮。

靶向代謝組學則是檢測目標代謝產(chǎn)物在生物體系中具體的含量值，以 jué對定性的結果來佐證前期的研究成果。根據(jù)目標代謝產(chǎn)物的特性，選擇合適的檢測平臺（目前多采用 UPLC-MS/MS），購買相應標準品，進行分析方法的開發(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 靶向技術路線圖

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

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