【2017年整理】代谢组学技术及其在动物医学中的应用.docVIP

代谢组学技术及其在动物医学中的应用 畜牧业作为农业的支柱，畜产品可提高现代人的生活水平，但近年来由于畜产品(肉、奶、蛋等)出现问题而导致的疾病事件越来越多，人们也越来越重视畜产品的安全性。动物疾病及兽药毒性等可对畜产品的质量产生影响，需要检测疾病及兽药对畜产品的影响以保证畜产品的安全。目前，检测疾病及兽药问题的技术越来越多。代谢组学由于具有易检测、代谢物种类少、技术更通用等优点，被很多专家认为在畜牧业发展方面具有良好的发展和应用前景。 代谢组学是20世纪90年代中期由英国学者Nicholson等?基于磁共振分析的基础上提出并发展起来的学科，是研究生物体系在受到内在和外在因素刺激时产生内源性代谢变化的一门科学。代谢组学在短短几年内取得了迅速发展，每年发表的相关科学文献和综述的数量都在不断增加，而目前国内应用代谢组学进行动物医学的研究仍处于初级阶段。 与其他“组学”相比，代谢组学更加直接地表现了生命的代谢过程。研究对象通常是相对分子质量小于1?000?Kd的内源性小分子，反映的是外界刺激或遗传修饰的细胞或组织的代谢应答变化?1。由于代谢物处于生物系统生化活动调控的末端，包含着反映生理表型的直接而全面的生物标记物信息，因此，代谢组学技术日益成为整体性研究生命体系功能变化的非常有力的分析手段口?。 根据研究的对象和目的的不同，Fiehn等将代谢组学分为4个层次，即：①代谢物靶标分析(metabolite?target?analysis)：对某个或某几个特定组分的分析；②?代谢轮廓(谱)分析(metaboliteprofiling?analysis)：对少数所预设的一些代谢产物的定量分析；③代谢组学(metabonomics)：对限定条件下的特定生物样品中所有代谢组分的定性和定量；④?代谢指纹分析(metabolite?finger—printing?analysis)：不分离鉴定具体单一组分，而是对样品进行快速分类。 1?代谢组学的研究方法 完整的代谢组学一般包括样品的采集、预处理、数据的采集和数据的分析及解释等流程?。其研究平台主要包括分析技术平台和数据分析平台。实际的研究对象不同，样品采集及预处理技术也不尽相同。代谢组学力求分析生物体系(如体液和细胞)中的所有代谢产物，所以整个过程中都强调尽可能地保留和反映总的代谢产物的全面信息。 1．1?分析技术平台?核磁共振(NMR)是代谢组学中最早应用也是最常用的技术?I，?目前较常用的有氢谱(‘H—NMR)、碳谱(”C—NMR)和磷谱(31p～NMR)，其中以?H—NMR更为广泛?】。应用最广泛、最有效的代谢组学研究技术是气相色谱一质谱(GC—MS)?”?“?和液相色谱一质谱(LC—MS)1121?0前者适宜分析小分子、热稳定、易挥发、能气化的化合物；而后者能分析更高极性、更高相对分子质量及热稳定性差的化合物。而且，大多数情况下不需要对非挥发性代谢物进行化学衍生化处理。 1．2?数据分析平台通过上述分析技术手段可产生海量的元数据，需要借助于生物信息学平台对所得的数据进行解释分析。一般常采用无监督的主成分分析(PCA)1131、非线性映射(NLM)[14l、簇类分析(HCA)1151等和有监督的偏最小二乘法一判别分析(PLS—DA)1161?人工神经元网络(ANN)117[分析等数据分析方法。然而近年来支持向量机(sVM)”?-方法已逐渐应用于代谢组学后期数据的判别分析中，?其预测精度明显优于传统的PLS—DA方法。 2?代谢组学在动物医学上的应用 2．1?疾病诊断新陈代谢是生命的基本特征 机体发生病理变化必然会导致代谢产物也发生某种相应的变化。对代谢产物的变化进行数据采集、分析，寻找疾病的生物标记物，有助于临床对疾病的诊断与分型”?。对这些由疾病引起的代谢产物的变化进行分析，即代谢组学分析，能够帮助人们更好地理解病变过程及机体内物质的代谢途径，有助于发现疾病的生物标记物及辅助诊断疾病。 Mayr等·?叫联合应用蛋白质组学和代谢组学技术研究小鼠动脉平滑肌，通过两种技术手段将细胞蛋白质变化和其功能改变联系起来，多角度地揭示了动脉粥样硬化的形成机制。赵剑宇等【?研究关木通染毒后大鼠尿液的代谢表型改变及其与组织病理和尿液、血浆生化指标的相关性。结果试验综述发现大鼠肾脏出现不同程度的炎症坏死，尿样中氧化三甲胺、枸橼酸、牛磺酸、肌酐、甜菜碱等代谢物均有不同程度的下降，而醋酸、丙氨酸则显著上升。PCA表明，给药组与对照组的代谢谱有明显差异，可以被区分。而造成组间差异的主要影响因素是醋酸和氧化三甲胺的变化，这些代谢物的变化说明动物尿液代谢组学分析能够较好地反映关木通的肾毒性特征。随着现代分析手段和计算机技术的迅速发展，代谢组学必将在动物疾病诊断领域发挥更大的作用。除在疾病诊断中发挥作用外，代谢组学技术也已