代谢组学分析方法及应用新进展(4)

　　2. 2 药物研究领域。
　　
　　代谢组学在药物领域的研究主要有药物品质评价、药物效果及作用机制、药物吸收代谢、药物生物转化代谢、药物活性成分研究等。本实验室前期在中药药效评价和药代动力学方面做了一些工作。Liang 等[56]利用代谢组学评价了中药复方对大鼠心肌梗塞的作用，发现治疗效果优于人参和单参单方。由于中药复方在心肌能量新陈代谢方面的潜在药效，尿液中三羧酸循环及磷酸戊糖途径的改变表明其可能减少心肌梗塞中心脏的损伤。Xie 等[10]研究了大鼠服用知母后的药代动力学，定量了 21 种代谢中间产物，涉及的代谢通路有水解作用、甲基化作用、去糖基化、糖脂化作用、糖苷结合、硫酸化、脱水作用和异构化反应，揭示了知母药片抗糖尿病的主要多酚组分。Huang 等[57]用 HPLC - ESI - MS 方法研究了异丙嗪和咖啡因联合治疗运动病和抵抗异丙嗪的功效，发现了 10 多个药物代谢中间产物。Qin 等[58]结合血浆代谢组学和脂质组学在大鼠模型上研究了中药清开灵的代谢，结果发现清开灵 1 h有15 种差异显着的代谢物（ p <0. 05） ,2 h 有19 种差异显着的代谢物（ p <0. 05） ,其中与退热功效有关的包括氨基酸、磷脂、溶血磷脂酰胆碱，涉及的代谢通路有氨基酸代谢和脂质代谢。Li 等[59]用 UPLC- MS 代谢组学方法研究了人参皂苷 Rg1 和 Rg2 对阿尔茨海默氏症患者的记忆力下降的减缓效果，研究结果显示，在阿尔茨海默氏症大鼠模型发现了 11 个潜在的生物标志物，与溶血磷脂酰胆碱、次黄嘌呤和鞘脂代谢有关，在给予人参皂苷 Rg1 和 Rg2 后这些代谢物水平有恢复，通过脑代谢通路平衡而改变认知功能和形态学变化。Tian 等[20]利用大鼠粪便代谢物研究了太子参、丹参、沙参、苦参 4 味药材对于动脉粥样硬化的治疗效果，在大鼠粪便中发现了 16 个潜在的生物标志物，其中 5 个在服用混合中药后发生改变，涉及相关的代谢通路有脂代谢、胆固醇代谢、能量周期和炎症反应。刘琦等[60]利用中医方证代谢组学研究了男仕胶囊对肾阳虚证大鼠的治疗效果，研究确定了 11 个与肾阳虚证大鼠模型相关的代谢标记物，涉及类固醇激素的生物合成、色氨酸代谢和酪氨酸代谢等途径，并发现了男仕胶囊治疗肾阳虚证的 8 种药效物质基础。秦昆明等[74]综述了常见中药材的药效作用机制和常见中药复方的配伍规律及作用机制。吴昱铮等[75]综述了典型中药材对于疾病的代谢组学研究。张爱华等[76]综述了代谢组学在中药药理、中医证候、中医方证、中药安全性评价几个方面的应用。
　　
　　2. 3 营养学领域。
　　
　　代谢组学在营养学领域的研究主要包括活性成分的功能研究、膳食模式的评价、营养素需要量的研究、营养代谢的研究、营养流行病学研究等。Liu 等[61]利用代谢组学的手段研究了不同季节绿茶的代谢表型； Lee 等[62]研究了绿茶对大鼠高脂血症的预防效果，分析了大鼠血清和肝脏代谢组学，发现绿茶能减缓由于高脂饲料诱导的线粒体 β 氧化异常； Perez - Cornago 等[63]利用代谢组学手段评价了对超重、肥胖人群能量控制饮食干预后代谢的变化，发现总饱和脂肪酸、棕榈酸、硬脂酸、单不饱和脂肪酸降低； Martin 等[64]研究了不同喂养模式婴儿的代谢特点，发现用配方奶粉喂养婴儿，在其粪便中会发现由蛋白衍生成的短链脂肪酸和氨基酸含量较高，尿液代谢组学揭示了配方奶粉中膳食蛋白质的细菌繁殖过程和蛋白含量增加刺激宿主蛋白质代谢之间的关系。Zhao 等[65]利用代谢组学和脂质组学研究了中药复方对糖尿病肾病的疗效，发现中药复方可以保护糖尿病肾病患者的肾脏，发现服用中药复方的糖尿病肾病患者能显着抑制有机毒物的升高及磷脂的减少。
　　
　　2. 4 毒理学领域。
　　
　　由于中毒或代谢失常而引起机体功能紊乱会反映在血液、尿液或组织代谢物中，代谢组学在毒理学方面可以应用在毒性生物标志物筛选、食品毒品毒理和食品安全研究等。Shi 等[66]利用代谢组学手段研究了丙烯酰胺的慢性暴露毒性，发现了 3 种新的生物标志物，认为丙烯酰胺会使脂类和氨基酸代谢紊乱、诱发氧化应激。Yu 等[67]用代谢组学研究了全氟辛酸的暴露会引起个体代谢通路的改变，主要影响氨基酸、脂类、碳水化合物和能量代谢，在脑中和肝脏中分别发现有 10 和 18 种生物标志物。在大脑中，全氟辛酸会影响神经递质的浓度，包括 5-羟色胺、多巴胺、去甲肾上腺素、谷氨酸盐，在肝脏中，因全氟辛酸引发肝中毒，脂类代谢方面出现 β 脂质氧化、饱和及不饱和脂肪酸的生物合成，花生四烯酸代谢的改变提示了全氟辛酸可能引起肝脏的炎症反应。Qi 等[68]在大鼠模型上利用代谢组学方法评价了转基因大米的安全性，结合肠道菌群、血液指标和尿液代谢物综合分析，发现与食用非转基因大米的大鼠相比，服用转基因大米的大鼠的代谢物存在显着性差异，但与对照组相比差异不显着。
　　
　　2. 5 运动医学领域代谢组学在运动领域常用的研究方向有竞技运动训练方面的问题、运动营养问题、急性慢性运动对代谢的影响、兴奋剂问题、运动对慢性疾病的影响等。Wang 等[69]研究了不同运动强度下的尿液代谢变化，结果发现随着运动强度和运动量的增加，乳酸、丙氨酸、三甲胺、丙二酸、牛磺酸、甘氨酸水平下降，随后随着运动量下降，代谢物无显着变化。通过全面评估不同运动形式、不同运动强度、不同运动时间以及不同运动频率对机体所产生的代谢物变化来指导科学合理的运动训练，可以对运动训练方案的设计、运动训练过程的监控和运动效果评价等提供更全面的证据。Mukherjee 等[70]用 DNA芯片技术和代谢组学的方法研究了老龄化的代谢紊乱问题，选取运动员和非运动员两组，给予不同的运动强度，发现每周连续 5 h 以上高强度运动员组的基因、能量代谢、脂类代谢、胰岛素信号、心血管功能与非运动员组相比均有显着差异。Yan 等[71]用代谢组学手段监测了力量型训练下运动员生理状态的变化，发现不同训练年限的运动员、不同训练时间的代谢物能被显着区分，显着不同的代谢物有丙氨酸、乳酸、焦谷氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、柠檬酸、游离脂肪酸、缬氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、谷氨酸盐、苯基丙氨酸、酪氨酸等，涉及到的代谢有糖代谢、氧化应激、能量代谢、脂代谢、氨基酸代谢。