郭盧晉 魏文峰 霍金海 王偉明

（黑龍江省中醫(yī)藥科學院·哈爾濱 150036）

1　代謝、代謝物組、代謝組學的概念

代謝是一切生物體內發(fā)生的用于維持生命活動的一系列有序的化學反應的總稱。代謝實質上是生物體內不斷發(fā)生物質與能量之間的交換過程，一旦代謝過程停止，則無生命可言。即無生命，不代謝。生物體是由成千上萬的生物大分子與小分子相互作用的復雜系統(tǒng)，因此，想要真正認識到該系統(tǒng)的功能就需要從整體的、系統(tǒng)的角度去分析內源性代謝物以及它們之間的相互作用關系。代謝組學由此應運而生。

代謝組學是上世紀90年代末發(fā)展起來的一門新的學科，是繼基因組學、轉錄組學、蛋白組學之后，在生物組學研究領域中又一重要的分支。它是對生物體的內源性代謝物質，尤其是相對分子質量小于1000的小分子物質，進行檢測及定量分析，并探索代謝物的變化與機體生理病理變化之間的關系[1]。相比其他組學，代謝組學能更直觀、更直接的檢測到機體內已經發(fā)生了什么，可以說代謝組學研究是所有組學研究中的延伸和終端。

2　代謝組學與中醫(yī)藥學核心思想的不謀而合

中醫(yī)藥學以陰陽平衡理論、整體觀念的思想為核心，《黃帝內經》曰：“陰平陽秘，精神乃至?！笨梢?，中醫(yī)認為引起機體病理反應的根本在于陰陽失調。因此，中醫(yī)在診治疾病的過程中當從整體出發(fā)，以調和陰陽為根本思路。中醫(yī)的證候學說與辯證論治的基本觀念是將每一個個體作為一個整體，并對該整體的某個疾病階段的病因、病機、病理、病位進行概括總結，從而提出診療方案。代謝組學是針對生命體的內源性標志物進行整體的、系統(tǒng)的、動態(tài)的分析，它是研究在外界因素影響下，機體的生理病理反應，并以潛在的差異生物代謝標志物為研究對象，對其進行定性與定量分析。所以，代謝組學與中醫(yī)學一樣，都是用整體的眼光來分析疾病發(fā)生過程。因此，代謝組學研究是中醫(yī)藥現代化發(fā)展的一個很好的切入口，它使中醫(yī)藥學由經驗科學向定量檢測和預測的科學發(fā)展[2]。

代謝組學與中醫(yī)藏象理論同樣吻合。細胞內的代謝活動是生命體存在的基礎，體內代謝物的變化會對機體的整體狀態(tài)產生影響，正如《黃帝內經》所講的“有諸形于內，必形于外”。中醫(yī)理論中所講的“藏”是指藏于體內的各個臟腑及其功能狀態(tài)；“象”是指表現在外的生理病理現象。中醫(yī)運用“司外揣內”的思維方式來診斷疾病，即通過外部的形態(tài)（象）來推知內在的情況（藏）。象的變化是基于臟腑的功能狀態(tài)，其根源其實是基于細胞內的代謝情況，所以象反應臟腑氣血多少的同時也反應了細胞內動態(tài)的代謝變化。

此外，代謝組學與中藥復方整體療效的作用機制相呼應。中藥復方按照君、臣、佐、使的配伍規(guī)律組方，通過多組分、多靶點、有機的結合來對疾病進行治療，因此針對中藥復方這一復雜體系的藥效研究就比較困難，只能從整體入手，宏觀把握。而代謝組學就是運用整體觀的思路從代謝層面對經藥物干預后機體狀態(tài)的認識，通過對機體代謝物譜的差異進行研究來發(fā)現中藥復方的作用靶點，從而解釋其整體性的作用機制[3]。

3　代謝組學的研究方法

代謝組學的研究方法一般包括生物樣本的采集、生物樣本的預處理、數據的采集、數據的處理、代謝標志物確定及代謝通路的分析等[4]。在生物樣本的采集和預處理過程中，要對生物樣本進行及時的淬滅，以免受殘留酶或其它活性物質的影響而發(fā)生改變。生物樣本的預處理，是將樣本中的大分子物質和一些雜質去除的過程，針對不同的生物樣本或者不同的化合物要選擇不同的溶劑進行提取，并且還要對提取的方法進行優(yōu)化，與此同時，要盡可能的保留代謝組分的完整信息[5,6]。

代謝組學的數據采集有賴于科學儀器與分析技術的發(fā)展，當下用于代謝組學研究的儀器主要分為兩大類：核磁（NMR）和質譜(MS)，這兩種技術都可以提供對各種化合物的鑒定和定量信息。兩者在代謝組學的研究中各有優(yōu)缺點，可根據具體的情況來選擇相應的分析手段。

潛在生物標志物的篩選是數據處理的最終目的，面對龐大、多維的數據，需要借助特征篩選方法來進行變量篩選。代謝組學的數據分析處理是先對原始數據進行歸一化、降噪、峰對齊等，然后再對數據進行模式識別。常用的模式識別技術分為非監(jiān)督模式識別方法和監(jiān)督模式識別方法。

篩選出的潛在生物標志物需要進行結構鑒定，并且還要查找與之相關的代謝通路，這就有賴于代謝物數據庫的建立。當前，已有一些代謝組學數據網站向公眾開放，比如人類代謝組學數據庫（Human Metabolome Database）、京都基因與基因組百科全書（KEGG）、小分子通路數據庫（Small Molecule Pathway Database）等。

4　代謝組學一些問題的討論

代謝組學認為其全局的、動態(tài)的研究方法與中藥復方的“整體調節(jié)”、中醫(yī)理論的“整體觀念”相一致[2]。事實上，兩者之間確有相通之處。中醫(yī)“辨證論治”的思想是用“望、聞、問、切”四診合參的技術手段對疾病的發(fā)生發(fā)展階段進行概括性的總結，然后再進行治療[7]。代謝組學的出現為研究中醫(yī)提供新的思路和方法，它是對機體生化網絡的整體反映，這與中醫(yī)的辯證觀念不謀而合。但是事實上兩者還是有出入的，在具體的實驗過程中，研究者們往往是以找到某幾個代謝標志物與與之相關的代謝通路而告終，這幾個代謝標志物是否真的能夠概括生命系統(tǒng)所處的狀態(tài)還有待考察。

當代謝組學研究進入到數據分析的階段時，對差異標志物根據統(tǒng)計學原理及相關生物學意義篩選之后，這些被篩選出的代謝標志物對所研究的疾病是否具有特異性還有待考察。具有特異性的物質可以是某幾個代謝標志物，也可以是一組代謝標志物的集合。如果不同的疾病所反應出的差異代謝標志物在定性與定量上具有相似性，即差異代謝標志物不具有特異性，那就無法根據這些被篩選出的代謝標志物對疾病做出確切的診斷。所以研究代謝組學在診斷學方面的研究其實還有相當大的工作要做，需要全人類的共同努力來建立相關的生理病理的數據庫，并不斷的更新完善。

代謝組學常用的多元統(tǒng)計學分析方法，只是對不同組別在統(tǒng)計學意義上的聚類情況進行區(qū)分，并不能說明實驗的成功，應該與相關的生物學意義相結合來分析判斷，最終得出正確的結論。并且這些分析手段都是基于線性回歸的方法，而復雜多變的代謝組學數據并不是簡單的線性關系，所以用以上方法得到的數據并不是對機體狀態(tài)的完美表達[9]。

總之，代謝組學是一個具有生命力的新興學科，其應用廣泛、前景廣闊、意義深遠，但同時也面臨著巨大挑戰(zhàn)，人類對代謝組學的研究任重而道遠。

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