定量代謝組學(xué)研究進(jìn)展（獨(dú)家原創(chuàng)）

　　定量代謝組學(xué)研究進(jìn)展

　　鄭?；?，陳明毅1，鐘丹敏1，韓博2，焦依楊1，魏琳1，謝智勇1, 3*

　　（1. 中山大學(xué)藥學(xué)院，廣東 廣州 510006； 2. 石河子大學(xué)藥學(xué)院，新疆 石河子 832003；3. 廣東省疾病模式動(dòng)物工程技術(shù)研究中心，廣東廣州 510006）

　　[ 摘要] 定量代謝組學(xué)可通過(guò)鑒定機(jī)體內(nèi)所有的代謝產(chǎn)物，并測(cè)定其量及量的變化，用于考察機(jī)體在受到外界刺激或干擾時(shí)的代謝變化。借助定量代謝組學(xué)平臺(tái)，對(duì)靶代謝物進(jìn)行精確定量，有利于發(fā)現(xiàn)潛在的生物標(biāo)志物以及闡釋發(fā)病機(jī)制和藥物作用機(jī)制，對(duì)疾病的早期診斷和防治起指導(dǎo)作用。綜述定量代謝組學(xué)的實(shí)驗(yàn)流程、分析技術(shù)、定量方法及應(yīng)用。

　　[ 關(guān)鍵詞] 定量代謝組學(xué)；分析技術(shù)；定量方法；生物標(biāo)志物；疾病早期診斷；藥物作用機(jī)制

　　代謝組學(xué)是研究生物體系受刺激或干擾（某個(gè)特定基因變異或環(huán)境改變）后其代謝產(chǎn)物（相對(duì)分子質(zhì)量一般小于1 000）變化或隨時(shí)間變化規(guī)律的一門(mén)學(xué)科，用于研究生物體系的代謝途徑。代謝組學(xué)以組群指標(biāo)分析為基礎(chǔ)，采用高靈敏度、高通量和高特異性的現(xiàn)代分析儀器技術(shù)，并結(jié)合模式識(shí)別等多變量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析方法，研究機(jī)體在受外界干擾后其代謝產(chǎn)物的變化規(guī)律。如今“四大組學(xué)”（基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)及代謝組學(xué)）構(gòu)成了系統(tǒng)生物學(xué)整體，由于代謝組學(xué)處于生命信息傳遞鏈終端，故可體現(xiàn)出生物體系整體狀態(tài)或功能的最終結(jié)果。而根據(jù)代謝組學(xué)研究目的的不同，可將其研究模式分為2 種：靶標(biāo)代謝組學(xué)（即“特寫(xiě)” 模式）與非靶標(biāo)代謝組學(xué)（即“全景”模式）。近年來(lái)，代謝組學(xué)向著一體化、定量化與標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，而由于非靶標(biāo)代謝組學(xué)只能對(duì)代謝物進(jìn)行定性或半定量測(cè)定，其已無(wú)法滿足研究與應(yīng)用對(duì)精確定量的需求，故靶標(biāo)代謝組學(xué)已成為代謝組學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。本文就定量代謝組學(xué)的實(shí)驗(yàn)流程、分析技術(shù)、定量方法及應(yīng)用作一綜述。

　　1 定量代謝組學(xué)實(shí)驗(yàn)流程

　　定量代謝組學(xué)實(shí)驗(yàn)流程包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析等步驟（見(jiàn)圖1），而數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析二者合稱為定量代謝組學(xué)的研究平臺(tái)，其對(duì)定量代謝組學(xué)的發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。

　　生物樣品（如尿液）采集后，需先經(jīng)生物反應(yīng)預(yù)處理，采用核磁共振（NMR）、質(zhì)譜聯(lián)用等技術(shù)獲得代謝譜或代謝指紋譜，再使用模式識(shí)別等化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，對(duì)所獲多維數(shù)據(jù)降維處理與進(jìn)一步信息挖掘，研究相關(guān)代謝物所涉及的代謝途徑和變化規(guī)律，以解釋生物體對(duì)相應(yīng)刺激的反應(yīng)機(jī)制。定量代謝組學(xué)是在得到代謝指紋譜的基礎(chǔ)上加上量化指標(biāo)，即“全景+ 特寫(xiě)”，使相應(yīng)的研究更具有全面化及可靠性。

　　1.1 數(shù)據(jù)采集

　　代謝組學(xué)研究對(duì)象大多數(shù)是生物樣品，如生物體液（唾液、血液、尿液等）、組織提取液、細(xì)胞培養(yǎng)液及糞便等。由于生物樣本易受殘留酶活性或氧化還原反應(yīng)等的影響，需要對(duì)所采集的樣品進(jìn)行快速淬滅處理，以免其生物活性遭破壞，如立即進(jìn)行液氮冷凍或酸處理等。采集的生物樣品一般需放置于無(wú)菌玻璃裝置或含殺菌劑（如疊氮鈉）的塑料裝置中，且由于樣品長(zhǎng)期暴露于室溫下會(huì)導(dǎo)致很多代謝物濃度發(fā)生明顯改變，故其還需置- 80℃冷藏。而當(dāng)采集的生物樣品為組織提取物時(shí)，應(yīng)避免其與強(qiáng)酸（如高氯酸）接觸，因強(qiáng)酸可與樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致其代謝輪廓改變。

　　不同類型的生物樣品需采用不同的預(yù)處理方法，如不含蛋白的生物樣品（尿液）可不經(jīng)預(yù)處理而直接進(jìn)行分析；但含蛋白或脂蛋白的生物樣品（血清、血漿及組織提取液）則必須通過(guò)預(yù)處理，除去蛋白等大分子；在處理生物樣品時(shí)，除了要避免微生物污染，還要防止其他污染物（如凝膠、肝素等）的引入，因?yàn)檫@些污染物的信號(hào)有可能會(huì)掩蓋一些代謝物的信號(hào)，有時(shí)還會(huì)被誤認(rèn)為未知代謝物，影響數(shù)據(jù)分析。

　　1.2 數(shù)據(jù)處理

　　目前，在代謝組學(xué)研究領(lǐng)域，獲取數(shù)據(jù)所采用的分析技術(shù)主要有NMR 以及LC-MS、GC-MS 等質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)。由于單用各技術(shù)，各有利弊，故多種分析技術(shù)聯(lián)用，已成為當(dāng)今的發(fā)展趨勢(shì)。而經(jīng)各分析平臺(tái)得到的數(shù)據(jù)，均為原始數(shù)據(jù)，須經(jīng)預(yù)處理及模式識(shí)別。

　　1.3 數(shù)據(jù)分析

　　在對(duì)代謝物進(jìn)行定量測(cè)定后，同時(shí)借助一些生化數(shù)據(jù)庫(kù)，如KEGG、METLIN 和HMDB（用于代謝物生物功能解釋和代謝通路分析），對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，比較數(shù)據(jù)間差異，進(jìn)一步驗(yàn)證代謝物與生物通路的關(guān)系。常用于分析的統(tǒng)計(jì)軟件需要能夠執(zhí)行t 檢驗(yàn)配對(duì)比較或方差的分析程序，如SPSS、Origin 等。同時(shí)，通過(guò)Metaboanalyst 、KEGG 等軟件，可以得到目標(biāo)代謝通路，闡述病理生理、藥物作用等相關(guān)機(jī)制。

　　2 定量代謝組學(xué)分析技術(shù)

　　設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，研究者往往需根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?duì)象，選擇合適分析方法。在進(jìn)行代謝組學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，鑒于眾多小分子代謝物及生物體系復(fù)雜性，即要求代謝組學(xué)的分析方法應(yīng)具有高靈敏度、高特異性以及高通量的特點(diǎn)。目前，代謝組學(xué)研究中所運(yùn)用的分析技術(shù)有色譜、MS、NMR、傅里葉變換紅外線光譜（FTIR）、LC-MS、GC-MS 和毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜聯(lián)用（CE-MS）等，而用于定量代謝組學(xué)的分析手段主要有NMR、GC-MS 和LC-MS。在對(duì)目標(biāo)代謝物進(jìn)行定量分析時(shí)，不同的分析技術(shù)其定量方法有所不同，如表1 所示。

　　2.1 核磁共振

　　基于NMR 的定量測(cè)定一般采用內(nèi)標(biāo)絕對(duì)定量法，也有用相對(duì)比較法。NMR 定量方法是通過(guò)比較不同化合物的吸收峰強(qiáng)度而進(jìn)行定量，即根據(jù)已確定化合物質(zhì)子的信號(hào)強(qiáng)度與產(chǎn)生該信號(hào)的質(zhì)子數(shù)目成正比的原則，通過(guò)對(duì)目標(biāo)化合物某一基團(tuán)質(zhì)子峰面積與內(nèi)標(biāo)物峰面積進(jìn)行比較，即可求出絕對(duì)含量。在利用內(nèi)標(biāo)法或相對(duì)比較法進(jìn)行生物混合物分析時(shí)，只需在建立標(biāo)準(zhǔn)代謝物圖譜庫(kù)的基礎(chǔ)上，利用內(nèi)標(biāo)物進(jìn)行比較，即可求出目標(biāo)代謝物的絕對(duì)含量，并不需要獲得該代謝物的純品用作對(duì)照。江春迎采用基于NMR 的定量代謝組學(xué)技術(shù)，對(duì)金黃地鼠脂代謝紊亂模型進(jìn)行跟蹤研究及調(diào)血脂藥物的藥效學(xué)評(píng)價(jià)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在高脂金黃地鼠中，與年輕組相比，老齡組地鼠血液中葡萄糖含量較高而檸檬酸含量較低，尿液中檸檬酸和順烏頭酸含量均較低，即老齡組糖酵解循環(huán)失衡進(jìn)一步加劇；而在給予中藥單體成分（大黃素、姜黃素等）和新調(diào)血脂化合物WS090508 及WS090138 干預(yù)后，高脂血癥地鼠的血漿代謝輪廓均有正?；貧w趨勢(shì)，說(shuō)明這些受試化合物均具有調(diào)血脂功效。可見(jiàn)，采用基于NMR 的定量代謝組學(xué)技術(shù)，能系統(tǒng)觀察到生物體代謝紊亂發(fā)生、發(fā)展及藥物干預(yù)后其相關(guān)循環(huán)途徑的時(shí)空變化規(guī)律，可彌補(bǔ)傳統(tǒng)藥理學(xué)研究技術(shù)方法的不足。

　　2.2 色譜- 質(zhì)譜聯(lián)用

　　色譜-質(zhì)譜聯(lián)用可分為L(zhǎng)C-MS 和GC-MS，用其作為定量分析技術(shù)時(shí)，首先，需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化合物進(jìn)行測(cè)定，確定標(biāo)準(zhǔn)化合物準(zhǔn)分子離子和色譜保留時(shí)間；然后，優(yōu)化離子碰撞能量，確定母離子與子離子；最后，通過(guò)子離子碎片，為定量提供質(zhì)譜和色譜參考。該項(xiàng)分析技術(shù)常用定量方法有外標(biāo)法和內(nèi)標(biāo)法，而內(nèi)標(biāo)法最為常用。

　　GC-MS 適用于分析熱穩(wěn)定性好以及具有揮發(fā)性的化合物，對(duì)于那些難揮發(fā)、熱穩(wěn)定性較差或極性強(qiáng)的物質(zhì)則需衍生化后再進(jìn)行分析，其具有較高的準(zhǔn)確度和靈敏度。Quéro 等對(duì)植物中極性代謝物進(jìn)行TMS 衍生化后，再采用GC-MS 進(jìn)行定量檢測(cè)。Berkov 等采用GC-MS 法，對(duì)不同種屬植物中的加蘭他敏進(jìn)行定量檢測(cè)，并且采用主成分分析方法（PCA）對(duì)其進(jìn)行成功分組。

　　LC-MS 具有高靈敏度、高選擇性且測(cè)試時(shí)不受樣品穩(wěn)定性和揮發(fā)性影響等優(yōu)點(diǎn)。Ma 等采用UPLC-QTOFMS方法，對(duì)半乳糖胺誘導(dǎo)的中國(guó)小型豬急性肝損傷模型中生物標(biāo)志物進(jìn)行半定量檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，模型豬血清中溶血磷脂酰膽堿類、卵磷脂及脂肪酸酰胺含量較正常水平有所下降。Li 等建立UHPLC-MS-MS 方法，對(duì)長(zhǎng)期暴露于乙草胺的大鼠的尿液進(jìn)行代謝組學(xué)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，模型大鼠尿液中馬尿酸、檸檬酸、泛酸、尿嘧啶等含量均較正常水平有所降低。Hou 等建立UPLC-MS/MS 方法，同時(shí)測(cè)定大鼠血漿與尿液樣品中3 種芳香類氨基酸分別為苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸，以及4 個(gè)腸道菌群及其宿主共代謝物分別為吲哚、對(duì)甲酚、硫酸吲哚和硫酸對(duì)甲酚。而且，Hou 所在課題組又通過(guò)建立HILIC-MS/MS 方法，同時(shí)測(cè)定了大鼠尿樣中32 種氨基酸、神經(jīng)遞質(zhì)、嘌呤和嘧啶的含量；并將建立的定量代謝組學(xué)分析方法（UPLC-MS/MS 和HILIC-MS/MS）應(yīng)用于從克羅恩病模型大鼠（以2,4,6-三硝基苯磺酸誘導(dǎo)）中所獲生物樣品，對(duì)模型大鼠腸道菌群及其宿主共代謝物進(jìn)行分析，全面系統(tǒng)探討了2,4,6-三硝基苯磺酸誘導(dǎo)的克羅恩病模型對(duì)大鼠腸道菌群和機(jī)體的影響，其間，運(yùn)用所建立的分析方法，在10 min 內(nèi)，對(duì)11 種關(guān)鍵的腸道菌群及其宿主共代謝物進(jìn)行了快速定量檢測(cè)，其中主要包括琥珀酸類、苯乙酰谷氨酰胺類、馬尿酸鹽以及三甲胺等代謝物?？梢?jiàn)，采用這類新方法，可為腸道菌群紊亂相關(guān)疾病（如潰瘍性結(jié)腸炎、克羅恩病及肥胖等）的發(fā)生、發(fā)展機(jī)制研究提供一種新的手段。

　　2.3 多種分析技術(shù)聯(lián)用

　　如今代謝組學(xué)向著一體化、定量化及整合化趨勢(shì)發(fā)展，而整合化發(fā)展不僅需要內(nèi)部之間整合（如各檢測(cè)技術(shù)間整合、各數(shù)據(jù)處理方法間整合等），還需要同外部進(jìn)行整合（如與其他組學(xué)間整合分析）。由于各種分析技術(shù)各有利弊，且代謝組學(xué)研究對(duì)象復(fù)雜，有時(shí)候單用一種柱子或檢測(cè)器并不能滿足定性定量的分析要求，所以，多種分析技術(shù)聯(lián)用，已然成為一種趨勢(shì)。劉妍如聯(lián)合應(yīng)用NMR和HPLC-MS/MS，對(duì)更年期綜合征發(fā)病和貫葉連翹治療更年期綜合征的機(jī)制進(jìn)行研究，并結(jié)合偏最小二乘法-判別分析(PLS-DA) 和方差分析，對(duì)所獲代謝物進(jìn)行篩選，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了53 個(gè)與更年期綜合征診斷相關(guān)的差異表達(dá)代謝物；且在構(gòu)建代謝網(wǎng)絡(luò)后，發(fā)現(xiàn)有6 條代謝通路與更年期綜合征顯著相關(guān)。提示，將多種分析技術(shù)和多元統(tǒng)計(jì)方法相結(jié)合的研究策略，能實(shí)現(xiàn)在代謝物水平上對(duì)疾病發(fā)生發(fā)展和藥物作用的機(jī)制研究。

　　在代謝組學(xué)研究領(lǐng)域，現(xiàn)在除了聯(lián)合應(yīng)用多種分析技術(shù)外，多維NMR 技術(shù)以及多維色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用也成為一種趨勢(shì)。Martineau 等采用2D NMR，對(duì)3 種不同的乳腺癌細(xì)胞提取物中15 種代謝物進(jìn)行絕對(duì)定量檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)3 種不同細(xì)胞株中的這15 種代謝物含量具有顯著差異。Kim 等采用基于質(zhì)量的激光解吸/ 電離質(zhì)譜（MALDI-MS）平臺(tái)，對(duì)人乳腺癌細(xì)胞中的雌酮（雌酮與乳腺癌的發(fā)生有著重要關(guān)聯(lián)）進(jìn)行定量檢測(cè)。由于雌酮低豐度原因，對(duì)其進(jìn)行定量監(jiān)控有很大難度，而借助MALDI-MS 平臺(tái)，則可測(cè)其絕對(duì)濃度，且該平臺(tái)可測(cè)任何含酮體代謝物，從而能反映臨床治療情況以及探討疾病機(jī)制。

　　3 定量代謝組學(xué)定量方法

　　隨著分析技術(shù)的發(fā)展，其相應(yīng)的定量方法也在不斷發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)曲線法雖是定量代謝組學(xué)研究中最常用的方法，可由于代謝物的復(fù)雜性，且相應(yīng)對(duì)照品匱乏，均給代謝物的定量分析帶來(lái)較大困難。于是，在定量代謝組學(xué)研究領(lǐng)域，人們開(kāi)拓創(chuàng)新，不斷提出新的定量方法，以滿足需求。

　　與標(biāo)準(zhǔn)曲線法相比，內(nèi)標(biāo)法更具有普適性，因其不需要對(duì)照品，只需選擇合適的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)即可，故在內(nèi)標(biāo)法中，選擇合適的內(nèi)標(biāo)，顯得尤為重要。近年來(lái)，同位素標(biāo)記內(nèi)標(biāo)法在定量代謝組學(xué)研究領(lǐng)域亦得到廣泛應(yīng)用，該法采用同位素標(biāo)記選定好的內(nèi)標(biāo)物，將標(biāo)記后的內(nèi)標(biāo)物與樣品混合進(jìn)行分析，再根據(jù)同位素信號(hào)，計(jì)算得到相關(guān)待測(cè)物的含量，常用同位素有13C和1H。Yang 等建立GC-MS法，用13C 標(biāo)記化合物，對(duì)扭脫甲基桿菌AM1 中的代謝物進(jìn)行綜合分析和部分定量。Lien 等采用非氖化與氘化衍生化試劑二者相結(jié)合處理內(nèi)標(biāo)物的方法，對(duì)有機(jī)酸類、氨基酸類、糖醇類以及碳水化合物類等代謝物進(jìn)行了定量檢測(cè)。Yang 等則論述了GC-MS 結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法及13C 和12C 標(biāo)記化合物在代謝組學(xué)定量以及13C 流束分析中的應(yīng)用。

　　在定量代謝組學(xué)研究領(lǐng)域，基于定量NMR（QNMR）技術(shù)的應(yīng)用主要有2 種定量方法：Binning 法和靶標(biāo)輪廓法。Binning 法作為傳統(tǒng)代謝組NMR 圖譜分析法，其主要存在兩方面缺陷：一是，對(duì)pH 和離子強(qiáng)度變化所引起的化學(xué)位移偏差適應(yīng)性較差，導(dǎo)致其分析結(jié)果可靠性不強(qiáng)；二是，所獲分析結(jié)果不一定具有實(shí)際意義。而靶標(biāo)輪廓法并不是依靠積分面積對(duì)待測(cè)物濃度進(jìn)行半定量測(cè)定，其首先借助數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)代謝物進(jìn)行較精確的定性，然后用內(nèi)標(biāo)法測(cè)定其絕對(duì)濃度。借助某些商業(yè)軟件，靶標(biāo)輪廓法通過(guò)去卷積和線性疊加方法對(duì)NMR 譜圖進(jìn)行擬合，既可解決因譜峰重疊而造成定性分析困難的問(wèn)題，亦可增加定量分析準(zhǔn)確性（受pH 和離子強(qiáng)度影響較?。?，因此具有一定的實(shí)用性。

　　雖然內(nèi)標(biāo)法和靶標(biāo)輪廓法可以滿足代謝物定量分析的需要，但其用于定量分析，亦受到一定的限制，因?yàn)槎繑?shù)據(jù)處理和分析均需依靠各種軟件，如應(yīng)用于NMR儀器平臺(tái)的rNMR  以及應(yīng)用于GC-MS 儀器平臺(tái)的MetaQuant 、ADAP-GC  和TagFinder  等軟件， 即不同儀器平臺(tái)用于代謝產(chǎn)物的定量分析時(shí)，需要相應(yīng)的專用軟件支持。而且，像Agilent 公司的MassHunter 軟件，雖包含定量功能，但存在導(dǎo)出結(jié)果無(wú)法直接導(dǎo)入其他軟件以及操作較復(fù)雜等缺點(diǎn)。因此，如今對(duì)代謝物進(jìn)行定量分析時(shí)，仍然主要采用基于峰強(qiáng)度信息的人工操作方式。鑒于此現(xiàn)狀，衛(wèi)潤(rùn)民等基于Matlab 平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了一款適用于代謝產(chǎn)物批量定量的工具（batched metabolitequantification tool，BQT），且其已獲得軟件著作權(quán)（2011SR081319）。該軟件具有以下特點(diǎn): 1）可對(duì)多個(gè)代謝物同時(shí)進(jìn)行定量；2）支持Excel 格式文檔導(dǎo)入和導(dǎo)出；3）可提供對(duì)數(shù)變換以及缺失值填補(bǔ)等基本數(shù)據(jù)預(yù)處理功能。該軟件可使從儀器平臺(tái)的測(cè)試結(jié)果到數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析之間的定量過(guò)程自動(dòng)化，使批量樣本的定量任務(wù)大大簡(jiǎn)化，彌補(bǔ)了由人工操作帶來(lái)的缺陷和不便。

　　4 定量代謝組學(xué)的應(yīng)用

　　隨著代謝物定量研究的深入，代謝組學(xué)由定性或是半定量的非靶標(biāo)研究向準(zhǔn)確定量的靶標(biāo)研究轉(zhuǎn)變。同時(shí)，定量代謝組學(xué)研究具有全面性及準(zhǔn)確性等特點(diǎn)，可應(yīng)用于醫(yī)藥學(xué)各個(gè)領(lǐng)域，如疾病早期診斷、藥物作用機(jī)制、環(huán)境領(lǐng)域、毒理學(xué)研究、微生物領(lǐng)域以及植物學(xué)等。該部分簡(jiǎn)要介紹在疾病早期診斷和藥物作用機(jī)制兩方面有關(guān)定量代謝組學(xué)的一些應(yīng)用。

　　4.1 用于疾病早期診斷

　　由于代謝組學(xué)處于生命信息傳遞鏈終端，故可體現(xiàn)生物體系整體狀態(tài)或功能的最終結(jié)果。一旦機(jī)體出現(xiàn)病理變化，其基礎(chǔ)代謝亦會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，從而導(dǎo)致體內(nèi)小分子代謝物的濃度或種類發(fā)生改變，即代謝譜圖發(fā)生變化，而這種變化可能比臨床癥狀出現(xiàn)得更早。鑒于此，可借助定量代謝組學(xué)平臺(tái)，研究與疾病相關(guān)的生物標(biāo)志物，對(duì)疾病進(jìn)行早期診斷，預(yù)防疾病的進(jìn)一步發(fā)展。目前，定量代謝組學(xué)已應(yīng)用于惡性腫瘤以及心血管和呼吸系統(tǒng)等的疾病早期診斷。吳澤明等采用LC-MS 方法，對(duì)黑膽質(zhì)證哮喘患者血清進(jìn)行代謝組學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)15 個(gè)與哮喘疾病相關(guān)的生物標(biāo)志物，如在哮喘患者的血液中，硬脂酰胺含量升高，而溶血磷脂酰膽堿類物質(zhì)的含量降低。近期，有研究人員將蛋白質(zhì)組學(xué)與代謝組學(xué)相結(jié)合進(jìn)行研究，同樣也發(fā)現(xiàn)，在哮喘患者血液中，磷脂酰膽堿含量均上升，而溶血磷脂酰膽堿含量均降低。這為之前的研究提供了印證及補(bǔ)充，即磷脂酰膽堿和溶血磷脂酰膽堿的含量變化特征是哮喘患者一種標(biāo)志性的代謝模式，可作為診斷哮喘的一種輔助手段?？梢?jiàn)，借助定量代謝組學(xué)平臺(tái)，找出與疾病相關(guān)的生物標(biāo)志物，并對(duì)其定量分析，可對(duì)疾病進(jìn)行早期診斷，以防疾病繼續(xù)惡化發(fā)展。West 等采用UPLCMS/MS 法，對(duì)擴(kuò)張型心肌?。―CM）模型小鼠心臟組織中與心臟代謝相關(guān)的130 多種代謝物進(jìn)行定量測(cè)定，其中包括三羧酸循環(huán)、脂肪酸氧化、糖酵解以及氨基酸代謝等途徑的代謝產(chǎn)物。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，DCM 模型小鼠心臟組織中，脯氨酸及甲基化組氨酸含量升高，提示肌纖維增加以及膠原蛋白降解；而且，一些三羧酸循環(huán)中間體以及肉毒堿衍生物含量下降，表明衰竭心臟其能量代謝下降。鑒于該方法可定量測(cè)定心血管疾病中一些關(guān)鍵代謝途徑，且覆蓋面廣，故借助該方法，可對(duì)心血管疾病進(jìn)行評(píng)定與診斷。

　　4.2 用于藥物作用機(jī)制研究

　　中藥成分復(fù)雜，以中醫(yī)藥理論指導(dǎo)用藥的中成藥或中藥復(fù)方用于治療疾病的作用機(jī)制，一直未能得到國(guó)際上的認(rèn)可，嚴(yán)重阻礙了中醫(yī)藥走出國(guó)門(mén)的步伐。而代謝組學(xué)位于生物系統(tǒng)信息傳遞鏈的終端，它能在代謝物水平上告訴我們自身機(jī)體已經(jīng)發(fā)生什么，即代謝組學(xué)可用于幫助人們理解病變過(guò)程和體內(nèi)物質(zhì)代謝途徑，也可根據(jù)某些指標(biāo)水平變化來(lái)闡述藥物作用機(jī)制或功效，故代謝組學(xué)可成為一種解釋中藥作用機(jī)制的有效手段。鐘宏福等應(yīng)用定量代謝組學(xué)方法，研究天芪降糖膠囊（含黃芪、女貞子、人參、五倍子和黃連等）對(duì)糖耐量受損（IGT）患者體內(nèi)嘌呤嘧啶代謝的干預(yù)作用，其間，采用HPLC-二極管陣列檢測(cè)器（DAD）-MS-MS 法，對(duì)9 種嘌呤嘧啶類代謝物（潛在生物標(biāo)志物）進(jìn)行定量檢測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3 種代謝物（尿酸、黃嘌呤和肌酐）與糖尿病前期IGT 患者相關(guān)性較大，且尿酸與肌酐清除率呈負(fù)相關(guān)，其他6 種代謝物與正常組相比差異性較小。劉妍如采用基于NMR 和HPLC-MS/MS的定量代謝組學(xué)方法，研究貫葉連翹用于治療更年期綜合征的作用機(jī)制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，貫葉連翹主要通過(guò)調(diào)節(jié)肝臟代謝中精氨酸、鳥(niǎo)氨酸、蛋氨酸、?；撬?/a>、肉毒堿和三羧酸循環(huán)中間代謝產(chǎn)物的水平，其次使膽堿和甜菜堿生成正常，從而改善脾臟的退行性變化，增強(qiáng)脾臟的抗炎作用，達(dá)到治療與炎癥效應(yīng)相關(guān)的更年期綜合征等疾病的效果。