纯科普！关于代谢组学你必须要知道的点

我们知道细胞内的生命活动由众多基因、蛋白质、以及小分子代谢产物来共同承担，而上游的（核酸、蛋白质等）大分子的功能性变化最终会体现于代谢层面，如神经递质的变化、激素调控、受体作用效应、细胞信号释放、能量传递和细胞间通讯等，所以代谢组处于基因调控网络和蛋白质作用网络的下游，所提供的是生物学的终端信息。

图1 生物学的中心法则

在开始学习之前，我们先了解什么是代谢物（metabolites），代谢组学(Metabolomics)和代谢组(Metabolome)。

代谢物，首先维基百科给出的解释：“A metabolite is the intermediate end product of metabolism”，包括分子量小于1500Da的小分子物质，包括糖类、核苷、有机酸、酮类化合物、多肽、氨基酸、有机胺类、醛类化合物、脂质、萜类、类固醇、生物碱、小分子药物等等。代谢组学：metabolomics is the 'systematic study of the unique chemical fingerprints that specific cellular processes leave behind', the study of their small-molecule metabolite profiles.也就是说，代谢组学是一种研究手段。代谢组：The metabolome represents the complete set of metabolites in a biological cell, tissue, organ or organism, which are the end products of cellular processes.而代谢组指的是通过一系列方法能检测到的所有的代谢物合集。早期国际对代谢组学的命名有两种，分别是“metabolomics”和“metabonomics”现在已经模糊化，没有特别的区分。图2 展示的是经典的糖酵解和三羧酸循环。

图2 细胞内的糖酵解和TCA

早在上世纪20世纪70年代，就有关于代谢轮廓分析方面的论文，但是早期的的分析目标集中在标靶化合物上面。1997年提出了代谢组的概念，1999年提出了metabonomics的概念，并在疾病诊断、药物筛选方面做出了大量的工作。那么代谢组学有什么特点呢？

1）关注内源代谢物

2）定性定量研究体系内小分子代谢物

3）代谢物的上下调指示了与疾病、毒性、基因修饰等影响

4）代谢物可用于疾病诊断和药物筛选。

代谢组学的研究现状是什么？小编在“Web of Science”用“metabolomics or metabonomics”为主题词进行检索，如图3。选择近20年（1999年-2019年）发表的论文，共有21708篇文献被检索。在联川云平台（https://www.lc-bio.cn）对得到的数据进行绘图，从图中可以看出，代谢组学近20年的文献数量增长迅速，通过拟合后的曲线我们可以看出，相比较蛋白组学（proteomics），代谢组学有更好的发展趋势。图中也展示了代谢组学的三大检测技术发表的论文数量，包括质谱检测（LC-MS和GC-MS）以及NMR技术检测，它们具有非常类似的发展趋势。

图3

下一节，小编将继续各位同学带来代谢组学的研究方法和应用。

参考资料：

Jeremy K. Nicholson, Elaine Holmes, John C. Lindon, Chapter 1 - Metabonomics and Metabolomics Techniques and Their Applications in Mammalian Systems.

Levine A J , Puzio-Kuter A M . The Control of the Metabolic Switch in Cancers by Oncogenes and Tumor Suppressor Genes[J]. Science, 2010, 330(6009):p.1340-1344.

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BB%A3%E8%B0%A2%E7%89%A9%E7%BB%84%E5%AD%A6.

https://zhuanlan.zhihu.com/p/27386150.