代謝組學與臨床醫學的研究進展

　　人體是一個復雜的系統，存在于這一系統中的生物分子相互關聯、互相依賴。近年來，人們已經意識到生物學的整體復雜性以及基因構成與環境因素之間的復雜交互作用，而對這些交互作用的理解已經不能單單從基因組學、蛋白質組學或轉錄組學水平去揭示。關注生物分子之間途徑及網絡的動態變化和關系的系統生物學（systems biology）或整體系統生物學（global systems biology），則通過研究DNA、RNA、蛋白質和代謝物之間的相互作用，整合各種生物信息，從全局反映遺傳背景和所處環境對生物個體的作用和影響。代謝組學（metabolomics或metabonomics）是系統生物學重要的組成部分，也是最新的“omics，組學”，由Nicholson在1999年提出以來，迅速發展并成為近年來的研究熱點，已廣泛應用于疾病的早期診斷、藥物開發、毒性評價、環境評價、生理學、功能基因組學、個性化治療、營養學等科學領域。細胞內的生命活動大多發生于代謝層面，故代謝組學被認為是“組學”研究的最終方向。可以認為，基因組、蛋白質組和代謝組是不同層面和水平上研究生命過程的科學技術平臺，而代謝組學則是基因組學和蛋白質組學的延伸。正如Billy David所言：“基因組學和蛋白質組學告訴你可能發生什么，而代謝組學則告訴你已經發生了什么”。

　　代謝組學的研究可以追溯至20世紀70～80年代。最早來源于代謝輪廓分析，它由Devaux等人于20世紀70年代提出。1986年Journal of Chromatography A出版了一期關于metabolic profiling的專輯。進入年90代之后，隨著生命科學研究的深入，出現了許多新的概念和學科，如基因組學、轉錄組學和蛋白質組學等。

　　基因組學是指某一生物的所有DNA中的全部遺傳信息，包括基因和非編碼DNA，基因組學是一門研究生物的整個基因組的科學；轉錄組學和蛋白質組學分別在基因的轉錄和轉錄后的蛋白質翻譯與修飾兩個水平上研究基因的功能，但是基因與功能的關系還不能用轉錄物組、蛋白質組來表達生物體的全部功能，于是出現了對生物體或細胞內所有代謝物（代謝組）進行定量分析，并尋找代謝物與生理病理變化的相對關系的代謝組學。

　　Nicholson將生物樣本所有代謝物的定量分析定義為“metabolomics”，而將生物體系對病理生理剌激或遺傳修飾所產生的動態代謝反應的定量測量定義為“metabonomics”，二者本質上并沒有區別，都可稱之為代謝組學。即：在新陳代謝的動態進程中，對由于病理生理刺激或基因突變而引起的生命系統多變量代謝產物的動態變化的定量研究的一門科學。其精髓是：對一個生物系統的細胞在給定時間和給定條件下所有小分子代謝物質的定量分析。其中心任務包括：

　　① 對內源性代謝物質的整體及其動態變化規律進行檢測，量化和編錄，

　　② 確定此變化規律和生物過程的有機聯系。目前國際上形成了代謝組學的兩大主流領域：metabonomics和metabolomics。

　　一般認為，metabonomics是通過定性和定量地分析生物體內所有代謝物組成來研究生物代謝途徑的一種技術。而metabolomics研究的是生物體在病理生理刺激或基因修飾下其所有代謝物質在不同時間的動態變化規律。前者搬以細胞為研究對象，后者則更注重動物的體液和組織：metabolomics最早出現在 Fiehn小組的工作中，主要以研究植物生理代謝網絡為目的，其分析技術主要以氣相色譜質譜（GC-MS）為主。而metabonomics最早使用的是核磁共振（NMR）手段分析動物體的代謝過程。兩個流派發展到今天已經互相交融，研究手段也涵蓋了NMR、GC-MS、LC-MS等技術。總之，代謝組學自從出現以來，引起了各國醫學科學家的極大興趣，廣泛地應用于臨床醫學各個領域，如疾病診斷、治療評估、藥物開發、動物模型、營養科學和腸道菌群微生物代謝組學等方面的研究中。

　　為此，國內知名生物醫藥媒體——生物谷舉辦本次2016多組學研究和臨床轉化研討會，以邁向臨床精準醫療為主題，聚焦基因組學、轉錄組學、蛋白質組學和代謝組學等多組學技術聯用研究臨床疾病，以及多組學數據的整合交叉分析應用，會議涉及基因變異、測序分析、轉錄調控、代謝研究、RNA干擾等，力圖打通多組學研究到臨床應用的通道，推動多組學技術在醫學轉化上的應用。研討會將匯集國家組學計劃領導者、國內組學研究重點實驗室的專家以及一線醫院的學者，醫院醫生，遺傳檢測第三方共同探討推進多組學研究在臨床應用上的進展。