代謝組學(xué)技術(shù)與中醫(yī)證候的研究

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1、代謝組學(xué)技術(shù)與中醫(yī)證候的研究【關(guān)鍵詞】代謝組學(xué)；中醫(yī)證候；基因組學(xué)；蛋白質(zhì)組學(xué)代謝組學(xué)(metabonomics)是繼基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)之后新近發(fā)展起來(lái)的一門學(xué)科,是系統(tǒng)生物學(xué)的重要組成部分。代謝組學(xué)主要研究生物對(duì)外源性物質(zhì)所引起的病理生理反應(yīng),以及對(duì)遺傳變異的應(yīng)答和內(nèi)源性代謝物的動(dòng)態(tài)變化,它通過(guò)對(duì)生物體液和組織中隨時(shí)間改變的代謝物進(jìn)行檢測(cè)、確定、定量和分類,將這些代謝信息與病理生理過(guò)程中生物學(xué)事件關(guān)聯(lián)起來(lái),以監(jiān)測(cè)活細(xì)胞中化學(xué)變化?；蚪M學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)分別從基因和蛋白質(zhì)層面探尋生命的活動(dòng),而實(shí)際上細(xì)胞內(nèi)許多生命活動(dòng)是與代謝物相關(guān)的,是受代謝物調(diào)

2、控的。基因與蛋白質(zhì)的表達(dá)緊密相連,而代謝物則更多地反映了細(xì)胞所處的環(huán)境,這又與細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、藥物以及其它外界因素的影響密切相關(guān)。因此,有學(xué)者認(rèn)為,基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)能夠說(shuō)明可能發(fā)生的事件,而代謝組學(xué)則反映確實(shí)已經(jīng)發(fā)生了的事情[1]?！〈x組學(xué)強(qiáng)調(diào)把人體作為一個(gè)完整的系統(tǒng)來(lái)研究,通過(guò)測(cè)定人體各種體液內(nèi)代謝物的組成變化來(lái)認(rèn)識(shí)和反映人體代謝網(wǎng)絡(luò)在疾病和藥物作用下的變化規(guī)律。這對(duì)于揭示復(fù)雜性疾病的機(jī)理和藥物的代謝模式具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),與中醫(yī)學(xué)的整體觀、系統(tǒng)觀和辨證論治思維非常吻合,也與中醫(yī)重視從人與自然、人與社會(huì)和人體內(nèi)在的普遍聯(lián)系和動(dòng)態(tài)變化去分析、認(rèn)識(shí)把握疾病

3、發(fā)生、發(fā)展、變化的客觀規(guī)律的認(rèn)識(shí)一致。因此,專家認(rèn)為,人類基因組計(jì)劃第一次使西方醫(yī)學(xué)擺脫了還原論的束縛,在繼續(xù)強(qiáng)調(diào)分析的同時(shí),更加重視分析和綜合的統(tǒng)一。人類基因組計(jì)劃和隨后發(fā)展的各種“組學(xué)”技術(shù)把生物學(xué)研究帶入了系統(tǒng)科學(xué)的時(shí)代。組學(xué)的出現(xiàn)不是對(duì)個(gè)別基因或個(gè)別蛋白、代謝物的研究,而是對(duì)一個(gè)細(xì)胞或?qū)φ麄€(gè)生命體的基因以及它所編碼的蛋白質(zhì)和代謝產(chǎn)物的研究。物理學(xué)、化學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、工程科學(xué)現(xiàn)在都已極大地融合到生命科學(xué)的研究之中,重視生命科學(xué)的復(fù)雜性和整體性研究已成為21世紀(jì)生命科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)；甚至有專家認(rèn)為,中西醫(yī)藥學(xué)在各自的發(fā)展中逐步整合,形成創(chuàng)新醫(yī)藥

4、學(xué)體系的歷史機(jī)遇正悄然來(lái)臨。1代謝組學(xué)技術(shù)代謝組學(xué)主要研究的是作為各種代謝路徑的底物和產(chǎn)物的小分子代謝物(MR)、液-質(zhì)聯(lián)用(LC-MS)、氣-質(zhì)聯(lián)用(GC-MS)、色譜(HPLC、GC)等。通過(guò)檢測(cè)一系列樣品的譜圖,再結(jié)合化學(xué)模式識(shí)別方法,可以判斷出生物體的病理生理狀態(tài)、基因的功能、藥物的毒性和藥效等,并有可能找出與之相關(guān)的生物標(biāo)志物(biomarker)。　　1.1核磁共振技術(shù)　　在代謝組學(xué)的研究中最常見(jiàn)的分析工具是NMR，主要是氫譜(1HNMR)、碳譜(13CNMR)及磷譜(31PNMR)三種,特別是1HNMR。NMR是一種基于具有自旋性質(zhì)的原子核在

5、核外磁場(chǎng)作用下,吸收射頻輻射而產(chǎn)生能級(jí)躍遷的譜學(xué)技術(shù)。該技術(shù)于20世紀(jì)70年代初開(kāi)始應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)的研究并得到迅速發(fā)展。利用高分辨率NMR技術(shù)對(duì)完整器官或組織細(xì)胞內(nèi)許多微量代謝組分進(jìn)行檢測(cè),可得到相應(yīng)的生物體代謝物信息,研究這些組分的NMR圖譜,綜合分析這些信息所反映的生物學(xué)意義,可以了解生物體代謝的規(guī)律,得出科學(xué)的結(jié)論。NMR方法具有無(wú)損傷性,不會(huì)破壞樣品的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),可在接近生理?xiàng)l件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),可在一定的溫度和緩沖液范圍內(nèi)選擇實(shí)驗(yàn)條件；可以進(jìn)行實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)的檢測(cè)；可設(shè)計(jì)多種編輯手段,實(shí)驗(yàn)方法靈活多樣,滿足了代謝組學(xué)對(duì)盡可能多的化合物進(jìn)行檢測(cè)的目標(biāo)。NMR

6、還有一個(gè)重要的特點(diǎn),就是沒(méi)有偏向性,對(duì)所有化合物的靈敏度是一樣的。1HNMR譜峰與樣品中各化合物的氫原子是一一對(duì)應(yīng)的,所測(cè)樣品中的每一個(gè)氫原子在圖譜中都有其相關(guān)的譜峰,圖譜中信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)弱反映樣品中各組分的相對(duì)含量。因此,NMR方法很適合研究代謝產(chǎn)物中的復(fù)雜成分。從一維高分辨1HNMR圖可得到代謝物成分圖譜,即代謝指紋圖譜。對(duì)這種特質(zhì)性進(jìn)行區(qū)分、鑒定,被稱為“代謝指紋分析(metabolicfingerprintanalysis)”,幫助找出機(jī)體代謝的共性與個(gè)性。對(duì)某一代謝物或組合隨時(shí)間變化的情況鑒定描述稱之為“代謝輪廓分析(metabolicprofil

7、inganalysis)”,觀察特定干預(yù)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中,找出機(jī)體代謝變化的規(guī)律。隨著NMR技術(shù)的發(fā)展,以前用于固體的魔角旋轉(zhuǎn)(MAS)技術(shù)被移植到液體領(lǐng)域,使得人們可以研究以前難以用液體NMR研究的樣品,如器官組織樣品。利用MAS技術(shù),人們可以得到完整的組織樣品高分辨譜圖,擴(kuò)展了代謝組學(xué)研究的樣品范圍,同時(shí)可以更全面地對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究[2]?！　≡诘玫?HNMR譜圖之后,通常以δ0.04為單位,將譜圖劃分成若干區(qū)域,并對(duì)所有區(qū)域進(jìn)行積分,然后將積分值歸一化后輸出。在得到了這些數(shù)據(jù)之后,就可以利用模式識(shí)別(pattenrecognition,PR)方法

8、來(lái)處理和分析這些數(shù)據(jù),得出有價(jià)值的生物學(xué)信息。在代謝組學(xué)的研究中,