未來5年生命科學(xué)熱門研究領(lǐng)域就是它
近年來科學(xué)家們對代謝組學(xué)的關(guān)注度越來越高，也有大量關(guān)于代謝組學(xué)的文章得到發(fā)表，代謝組學(xué)成為繼基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)之后的又一個重要研究領(lǐng)域。
代謝組學(xué)的概念最初由英國帝國理工學(xué)院的尼克爾森教授等人提出，他們提出對生物系統(tǒng)因病理生理或基因改變等刺激導(dǎo)致的動態(tài)多參數(shù)代謝應(yīng)答的定量測定即為代謝組學(xué)。代謝組學(xué)的焦點在于機(jī)體代謝過程中小分子物質(zhì)的變化，這種變化能夠體現(xiàn)細(xì)胞或組織對外來刺激或基因改變的應(yīng)答規(guī)律。
有生命存在即有代謝過程的發(fā)生，而代謝過程中產(chǎn)生的各種小分子物質(zhì)是了解生命變化的一個重要媒介，代謝組學(xué)作為一種重要的研究工具能夠捕捉這種媒介的動態(tài)變化為科學(xué)研究和實際應(yīng)用提供信息。目前代謝組學(xué)已經(jīng)在一些研究領(lǐng)域得到研究和應(yīng)用，如疾病診斷、發(fā)病機(jī)制研究、中醫(yī)藥現(xiàn)代化、藥物毒理及安全評價、植物、微生物、環(huán)境、營養(yǎng)等研究。
代謝組學(xué)——未來醫(yī)生的診斷利器
相比基因和蛋白質(zhì)的研究來說，對機(jī)體代謝產(chǎn)物進(jìn)行深入研究可以判斷機(jī)體是否處于正常狀態(tài)，并且許多公司通過市場研究發(fā)現(xiàn)，健康人并不希望進(jìn)行基因型分析，因此基因組學(xué)在臨床上的應(yīng)用存在很大局限，而相比來說代謝組學(xué)需要提供的個人信息更少，且費(fèi)用較低容易被大眾所接受。研究人員也可以通過代謝組學(xué)篩檢出代謝產(chǎn)物然后通過基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)進(jìn)一步加以研究。
目前代謝組學(xué)研究人員已經(jīng)對一些疾病進(jìn)行了研究。苯丙酮尿癥 ?（PKU）的發(fā)生主要是由于缺失將苯丙氨酸水解成酪氨酸所必須的苯丙氨酸水解酶基因，導(dǎo)致血液中苯丙氨酸累積造成的。如果該疾病在嬰兒出生后九個月內(nèi)沒有得到檢出，就會對嬰兒大腦造成嚴(yán)重?fù)p傷。這種疾病通過簡單的血樣和尿素化驗就可以確診，而血樣和尿素化驗以后也將成為代謝指紋研究方法的一部分。研究人員不僅希望能夠找到用于疾病診斷的標(biāo)志物，還希望借助代謝組學(xué)的方法找到疾病的治療方法。
癌癥是現(xiàn)代社會中對人類健康威脅極大的一類疾病，在遺傳因素、不健康生活方式和惡劣生存環(huán)境等因素的共同作用下，癌癥的發(fā)生率不斷突破人們的認(rèn)知。對于癌癥患者來說，能夠早發(fā)現(xiàn)早治療是克服癌癥拯救生命的最有效方法，但是目前對大多數(shù)癌癥的診斷仍然主要依賴醫(yī)學(xué)影像檢測的方法，缺少可靠的診斷標(biāo)志物。2009年Nature刊發(fā)了美國密歇根大學(xué)霍華休斯醫(yī)學(xué)院研究者的一項基于GC/MS代謝組學(xué)研究的前列腺癌生物biomarker的研究成果。研究者對前列腺癌患者血清、組織、尿液樣本中的代謝組進(jìn)行系統(tǒng)分析，一共262個臨床樣本，分別選自前列腺癌患者（59個活檢陽性，51個活檢陰性作為對照）的42個組織，110份尿液和血漿，以代謝物差異性來區(qū)分出良性前列腺癌、臨床局限性前列腺癌、轉(zhuǎn)移性癌。
研究發(fā)現(xiàn)肌氨酸在侵入性前列腺癌組織中含量很高，同時作者檢測活檢陽性和陰性人群尿液樣本，這些樣本中往往前列腺抗原含量是上升的。也就是說活體穿刺陰性并不能完全排除未患癌。這也顯示出肌氨酸作為判斷前列腺癌轉(zhuǎn)移的重要意義。該研究中還利用遺傳技術(shù)將甘氨酸生成肌氨酸的酶定向敲除，發(fā)現(xiàn)敲除了生成肌氨酸的酶將大大降低前列腺癌的惡性程度，反過來，外源添加肌氨酸或降低肌氨酸脫氫酶，將導(dǎo)致前列腺良性上皮細(xì)胞的惡化。這說明肌氨酸在癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移中可能扮演了重要的角色，肌氨酸代謝通路有可能成為前列腺癌治療的新靶點。
那么對于實體瘤我們可以利用代謝組學(xué)的手段進(jìn)行biomarker的篩選，非實體瘤我們同樣也可以。2014年刊發(fā)在blood上的一篇關(guān)于急性髓細(xì)胞白血病（AML）葡萄糖代謝機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)急性髓細(xì)胞白血病患者（AML）的糖酵解代謝活性越高，其生存就越差。研究團(tuán)隊獲得兩組（測試組：229個AML患者和260個對照血漿樣本；驗證組：171個AML患者和233個對照血漿樣本）受測對象的血漿代謝組數(shù)據(jù)，利用非靶向代謝物檢測技術(shù)測得100個代謝物中有6種代謝物在組間有顯著性差異，其中甘油-3-磷酸、乳酸、檸檬酸在AML患者血清中含量較對照顯著下降，而丙酮酸、α-酮戊二酸和2-HG在AML患者中顯著增加，進(jìn)一步將這 6 種代謝產(chǎn)物組合來評估 AML 患者的預(yù)后發(fā)現(xiàn)： 患者的生存期( OS) 和無事件發(fā)生期( EFS) 與乳酸、丙酮酸、α-酮戊二酸、2-HG、甘油-3-磷酸的含量成負(fù)相關(guān)，但與檸檬酸含量成正相關(guān)。這六個biomarker的發(fā)現(xiàn)對于急性髓細(xì)胞白血病（AML）預(yù)后評價有重要的價值。
黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)王喜軍教授課題組曾在國際學(xué)術(shù)期刊J Physiol Biochem上發(fā)表了一篇文章，他們采用UPLC-Q-TOF-MS技術(shù)對二型糖尿病及正常人群尿液樣品進(jìn)行代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)脂連素，酰基肉毒堿，檸檬酸，犬尿烯酸，3-吲哚酚硫酸鹽以及葡萄糖等化合物可作為生物標(biāo)記物，這些化合物參與了牛磺酸及亞牛磺酸代謝，半胱氨酸及甲硫氨酸代謝，纈氨酸，亮氨酸及異亮氨酸生物合成代謝等幾個關(guān)鍵代謝通路。該研究再一次證明代謝組學(xué)在臨床早期診斷以及疾病發(fā)病機(jī)制的研究中具有巨大潛力及廣闊的發(fā)展空間。王喜軍教授也將參加由生物谷主辦的2017代謝組學(xué)與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研討會（點擊閱讀原文了解會議詳情），介紹他們在代謝組學(xué)領(lǐng)域取得的最新進(jìn)展。
代謝組學(xué)——中醫(yī)藥走向現(xiàn)代化的跳板
傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)是中華民族的寶貴財富，為中華民族的繁衍昌盛做出了巨大貢獻(xiàn)。中醫(yī)藥應(yīng)用有著悠久的歷史，我國歷代中醫(yī)藥學(xué)家對中醫(yī)藥的療效和安全性有著深刻的認(rèn)識，并形成了獨特的中醫(yī)藥理論。現(xiàn)在，中藥產(chǎn)業(yè)已成為我國醫(yī)藥的重要產(chǎn)業(yè)，藥材和中成藥在國際市場的地位不斷提高。但是，隨著中草藥及其制劑的世界范圍的廣泛應(yīng)用，關(guān)于中藥安全性問題的報道也逐漸增多。
在2006年舉辦的香山科學(xué)會議上，天津藥物研究院新藥評價研究中心的劉昌孝院士表示，進(jìn)行單味藥或它們組成的方劑的代謝組學(xué)研究，將為中藥復(fù)方的科學(xué)性提供依據(jù)，有利于幫助人們走出中藥安全性的認(rèn)識誤區(qū)。運(yùn)用機(jī)體對藥物作用的整體反映性進(jìn)行代謝組學(xué)研究，有利于認(rèn)識中藥的作用機(jī)理、有效物質(zhì)基礎(chǔ)、配伍規(guī)律和毒性規(guī)律，為安全用藥提供指導(dǎo)。
來自上海交通大學(xué)藥學(xué)院的陳閩軍、賈偉等人曾運(yùn)用系統(tǒng)代謝組學(xué)技術(shù)開展了“中醫(yī)方證對應(yīng)性”和“中藥體內(nèi)藥理/毒理整體性評價”研究，并將研究結(jié)果發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)雜志Journal of Proteome Research上，得到審稿人的高度評價。
復(fù)方中藥是中國醫(yī)藥學(xué)的精髓和寶貴財富，對其進(jìn)行系統(tǒng)的科學(xué)研究對于繼承和發(fā)展中醫(yī)藥，并贏得全世界的認(rèn)同，具有十分重要的意義。
不過據(jù)賈偉教授在他的博客中介紹，“代謝組學(xué)目前尚無法全面進(jìn)入精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和相關(guān)健康領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化服務(wù)。其主要瓶頸有兩個，一是標(biāo)準(zhǔn)化的問題，二是通量的問題。代謝組學(xué)往前發(fā)展的一個必經(jīng)之路是定量化和標(biāo)準(zhǔn)化。”“代謝組學(xué)要想全面進(jìn)入臨床醫(yī)學(xué)和健康產(chǎn)業(yè)的服務(wù)領(lǐng)域，需要花大力氣解決技術(shù)平臺的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化問題。從代謝組學(xué)設(shè)備生產(chǎn)廠家到各個實驗室之間都需要逐步改變工作模式，從各自為戰(zhàn)百花齊放到互相合作統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，共同建立行業(yè)內(nèi)的技術(shù)規(guī)范，不同平臺產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以交互驗證(cross-validation)，最終建立起一個行業(yè)內(nèi)可以共享的代謝組學(xué)數(shù)據(jù)庫。”不過我們相信代謝組學(xué)一定會在未來的科學(xué)研究和實際應(yīng)用中發(fā)揮出更大的作用。
2017年9月8日，由生物谷主辦的“2017代謝組學(xué)與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研討會”將在蘇州召開。本次會議邀請了復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院唐惠儒教授、北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院張金蘭教授、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院國家生物醫(yī)學(xué)分析中心顏賢忠教授等國內(nèi)知名嘉賓，聚焦代謝組學(xué)的多個細(xì)分領(lǐng)域，如腫瘤代謝組學(xué)、微生物代謝組學(xué)、尿液代謝組學(xué)、脂質(zhì)代謝組學(xué)等，從技術(shù)難點、數(shù)據(jù)分析到應(yīng)用進(jìn)行剖析，為業(yè)內(nèi)提供更靈活的交流機(jī)會，促進(jìn)合作。
