余國(guó)春，吳亞琳，胡 憲

(1.四川省水產(chǎn)學(xué)校，四川 郫都 611730；2.成都市彭州市致和街道辦事處，四川 彭州 611930)

0 引言

Nicholson在1999年首次提出代謝組學(xué)的概念，因其靈敏性和高效性，在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)、動(dòng)物遺傳育種、動(dòng)物疾病研究以及動(dòng)物性產(chǎn)品安全監(jiān)測(cè)中意義非凡[1-2]。代謝組學(xué)可識(shí)別生理生化過(guò)程中的小分子物質(zhì)，辨析有機(jī)體生命活動(dòng)中的點(diǎn)滴變化，近年來(lái)逐步成為家畜疾病研究的有效工具。本文就代謝組學(xué)的特點(diǎn)、研究方法和在家畜疾病診斷和預(yù)防中的應(yīng)用做簡(jiǎn)要介紹。

1 代謝組學(xué)的特點(diǎn)

代謝組學(xué)被稱為組學(xué)研究的 “終點(diǎn)”，檢測(cè)分析細(xì)胞的內(nèi)外源代謝物，在代謝水平上放大和剖析基因與蛋白質(zhì)水平的變化，填充了基因表達(dá)與表型呈現(xiàn)之間的空白區(qū)域。代謝組學(xué)多用于人類疾病的探索，在經(jīng)濟(jì)動(dòng)物的疾病診治領(lǐng)域中相對(duì)較少。

2 代謝組學(xué)的研究方法

代謝組學(xué)在家畜疾病研究主要包括以下核心環(huán)節(jié)[2-3]。

1)樣本采集：體液 (血漿、血清和乳汁等)、 組織 (肝臟、肌肉和脂肪等)。

2)研究技術(shù)：核磁共振 (NMR)、氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用 (GC-MS)和液相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用 (LC-MS)等。

3)研究策略：靶向代謝組學(xué)、非靶向代謝組學(xué)和廣泛靶向代謝組學(xué)等。

4)數(shù)據(jù)分析：主成分分析(PCA)、非線性映射(NLM)和聚類分析(HCA)等非監(jiān)督方法，聯(lián)用最小二乘法(PLS-DA)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)等監(jiān)督方法。

3 代謝組學(xué)在家畜疾病研究中的應(yīng)用

在現(xiàn)代化家畜生產(chǎn)中，集約化和規(guī)?；B(yǎng)殖成為大勢(shì)所趨，隨之而來(lái)的則是家畜疾病的高發(fā)態(tài)勢(shì)。2018年8月，非洲豬瘟 (ASF) 肆掠而來(lái)，嚴(yán)重地危害了我國(guó)養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更加強(qiáng)烈地凸顯了家畜疾病防治的重要性。利用新興的代謝組學(xué)進(jìn)行早期診斷，對(duì)家畜疾病進(jìn)行精準(zhǔn)診斷和積極預(yù)防，便可取得較為理想的風(fēng)險(xiǎn)防控效果。

3.1 代謝組學(xué)在牛羊疾病研究中的應(yīng)用

羅芳等為預(yù)防奶牛產(chǎn)后異食癖，采用超高效液相色譜—四極桿—飛行時(shí)間質(zhì)譜 (UPLC-Q-TOF MS)代謝組學(xué)技術(shù)，聯(lián)用主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘法分析 (OPLS-DA)，篩選出包括乙酰肉堿、DL-苯丙氨酸、2-八烯酸等在內(nèi)的11種潛在代謝標(biāo)志物[4]。Ceciliani等綜述了高產(chǎn)奶牛的幾種典型“職業(yè)病”(如酮癥、奶熱癥、脂肪肝綜合征等) 的發(fā)病機(jī)制，并利用雙組學(xué) (蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)) 技術(shù)，進(jìn)一步研究和剖析了其潛在的生物標(biāo)記物[5]。Matoba等對(duì)人工體外受精的卵子進(jìn)行了代謝層級(jí)的監(jiān)測(cè)，揭示了牛卵母細(xì)胞的正常發(fā)育可能受谷氨酸、丙氨酸、甘氨酸的正面影響，而受到尿素的負(fù)面影響[6]。Leslie等采用代謝組學(xué)和蛋白組學(xué)技術(shù)，對(duì)比研究了高海拔缺氧地區(qū)和海平面附近的妊娠后期母羊，解密了誘導(dǎo)綿羊胎肺畸變的機(jī)制，即缺氧引起核苷酸增加導(dǎo)致肺血管表型轉(zhuǎn)化[7]。

3.2 代謝組學(xué)在豬病研究中的應(yīng)用

Bertram等以黑麥為主成分和小麥為主成分的2種飼料飼喂高膽固醇血癥豬，證實(shí)了食用黑麥飼料會(huì)提高血漿堿的含量；并基于核磁共振(NMR)和偏最小二乘法 (PLS-DA) 探究了此過(guò)程中高膽固醇血癥豬的內(nèi)源性生化效應(yīng)，揭示了實(shí)現(xiàn)血漿中堿含量評(píng)價(jià)的生物標(biāo)志物[8]。Gong等提取了感染豬瘟病毒的仔豬血清，采用超高效液相色譜/電噴霧飛行時(shí)間質(zhì)譜 (UPLC/ESI-Q-TOF/MS) 聯(lián)合多變量分析，表明腸道微生物與豬瘟病毒宿主代謝具有一定關(guān)聯(lián)[9]。Dou等通過(guò)核磁共振 (NMR) 方法和稀疏偏最小二乘判別分析(sPLS-DA)，建立了大白豬×克里奧爾豬的子一代對(duì)熱敏感度的預(yù)測(cè)模型，為所測(cè)樣本的熱應(yīng)激反應(yīng)預(yù)防提供了科學(xué)根據(jù)[10]。

3.3 代謝組學(xué)在禽病研究中的應(yīng)用

Lu等 利用代謝組學(xué)監(jiān)測(cè)熱應(yīng)激對(duì)肉仔雞代謝的影響，對(duì)照研究了病理狀態(tài)與正常狀態(tài)的血清樣本，被檢測(cè)的258種代謝物中有78種存在顯著差異，真切反映了熱應(yīng)激肉雞處于負(fù)能量平衡狀態(tài)，無(wú)法有效地調(diào)配脂肪，導(dǎo)致脂肪代謝異常進(jìn)而影響肉雞生長(zhǎng)[11]。施壽榮聯(lián)用代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)2種高通量組學(xué)研究方法，揭露肉雞腹水綜合征或關(guān)聯(lián)脂質(zhì)代謝紊亂，明晰了早期肉雞腹水綜合征的發(fā)病機(jī)制，從源頭上避免肉雞腹水綜合征對(duì)生產(chǎn)性能的負(fù)面影響[12]。

4 展望

代謝組學(xué)是組學(xué)時(shí)代的后起之秀，朝氣蓬勃且潛力無(wú)窮。近年來(lái)，代謝組學(xué)技術(shù)被用于小分子代謝標(biāo)志物的篩選、驗(yàn)證及臨床轉(zhuǎn)化，開啟了動(dòng)物疾病的早期診斷和無(wú)創(chuàng)診斷的新篇章。組學(xué)技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用，多層次多角度地挖掘動(dòng)物疾病的發(fā)病機(jī)理，對(duì)家畜疾病的診斷和預(yù)防裨益無(wú)窮。代謝組學(xué)的發(fā)展方興未艾，亟需解決的仍有以下問(wèn)題。

1)樣本的有效含量保證。

2)樣品處理方法的標(biāo)準(zhǔn)化制定。

3)分析方法的合理選用。

4)實(shí)驗(yàn)成本的切實(shí)降低。

這些問(wèn)題制約了代謝組學(xué)在獸醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛推廣以及其他新領(lǐng)域的探究使用。但隨著代謝組學(xué)技術(shù)的優(yōu)化，以及在家畜疾病診斷和治療應(yīng)用領(lǐng)域的不斷探索和升級(jí)，代謝組學(xué)必能滿足家畜疾病臨床診斷乃至獸藥研發(fā)的需求，為解析動(dòng)物體表型呈現(xiàn)和基因表達(dá)的相互關(guān)聯(lián)提供廣闊前景。