劉楊青，鄒 璽

代謝組學(xué)是研究代謝組——在某一時(shí)刻細(xì)胞內(nèi)所有代謝物的集合——的一門學(xué)科[1]。其焦點(diǎn)在于機(jī)體代謝過(guò)程中小分子物質(zhì)的變化，包括糖類、脂質(zhì)、氨基酸、維生素等初生代謝產(chǎn)物，以及黃酮類、生物堿、酚類等次生代謝產(chǎn)物，這些小分子的變化能夠體現(xiàn)細(xì)胞或組織對(duì)外來(lái)刺激或基因改變的應(yīng)答規(guī)律[2]。生命的存在就會(huì)伴隨著代謝過(guò)程的發(fā)生，而代謝過(guò)程中產(chǎn)生的各種小分子物質(zhì)是我們了解生命變化的重要媒介，代謝組學(xué)作為一種研究工具可以很直接而且很快速的使我們檢測(cè)出這些媒介的動(dòng)態(tài)變化，從而更好的解釋疾病作用于人體的生理病理的變化，有助于疾病的診斷和發(fā)病機(jī)制的研究。目前已經(jīng)被成熟的應(yīng)用到了腫瘤、心臟病、糖尿病等重大疾病研究當(dāng)中[3]。

辨證論治是中醫(yī)診治疾病的核心原則，是通過(guò)望聞問(wèn)切四診后對(duì)疾病發(fā)展的整體認(rèn)識(shí)，其包括辨證和論治兩個(gè)過(guò)程，據(jù)四診所收集的資料，分析綜合辨別疾病的病因、性質(zhì)、部位以及正邪之間的關(guān)系，從而全面、深刻、正確的揭示疾病的本質(zhì)，確定相應(yīng)的治療方法。所有影響機(jī)體的因素均可反映在代謝組中，基因、環(huán)境、營(yíng)養(yǎng)、藥物和時(shí)間、年齡等都可影響代謝組的表達(dá)[4]，它通過(guò)代謝產(chǎn)物的變化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)由外源性因素引起的機(jī)體內(nèi)在產(chǎn)物和功能的變化，其整體性、動(dòng)態(tài)性、即刻性的特點(diǎn)與中醫(yī)辨證施治有明顯的共性，反映人體內(nèi)環(huán)境致病因子作用后的反應(yīng)與變化，表達(dá)整體過(guò)程中某一階段病理變化的本質(zhì)和發(fā)展趨勢(shì)[5]。中醫(yī)治療歷來(lái)以各家經(jīng)驗(yàn)為主，缺乏確切的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)和統(tǒng)一客觀的標(biāo)準(zhǔn)而在國(guó)際化道路上舉步維艱。作為基因組學(xué)、蛋白組學(xué)后的新的研究方法，代謝組學(xué)適合于中醫(yī)中藥多靶點(diǎn)、多系統(tǒng)的整體研究。

1 代謝組學(xué)

代謝組學(xué)研究的對(duì)象多相對(duì)復(fù)雜，生物樣品預(yù)處理應(yīng)該根據(jù)生物樣本、檢測(cè)技術(shù)的不同選擇不同的提取方法[6]，需要通過(guò)各種分析手段來(lái)檢測(cè)所采集的標(biāo)本中代謝物。由于生物樣本中代謝產(chǎn)物相當(dāng)復(fù)雜，單一的分析技術(shù)難以滿足研究的需求，因此，分析技術(shù)也變得越來(lái)越完善，以滿足代謝組學(xué)研究的要求[6]。分子技術(shù)主要包括核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)、質(zhì)譜(mass spectrometry，MS)以及各種與MS聯(lián)用的多種分析技術(shù)[5]。通過(guò)各種分析檢測(cè)技術(shù)采集到樣品的大量的原始信息，解釋其代謝組的意義需要轉(zhuǎn)化可分析的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的預(yù)處理，將原始圖譜數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)軟件的處理轉(zhuǎn)變成可計(jì)算的數(shù)據(jù)；然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行模式識(shí)別，篩選最能反映代謝物變化的主要成分以及代謝物鑒定，需要運(yùn)用不同數(shù)據(jù)處理方法，最終找到代謝物來(lái)尋找生物標(biāo)志物[7]，并加以分析闡述機(jī)體在內(nèi)、外因素作用下代謝物改變的機(jī)制。

代謝組學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的日益增多，其分析技術(shù)得到逐步改進(jìn)，主要包括NMR、MS以及各種分析技術(shù)與MS相結(jié)合。目前常用的有氣相色譜-質(zhì)譜、液相色譜-質(zhì)譜和毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜聯(lián)用等。需使用專業(yè)的數(shù)據(jù)分析平臺(tái)對(duì)代謝組學(xué)試驗(yàn)取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、整理、統(tǒng)計(jì)和結(jié)果分析，在此期間將使用一系列統(tǒng)計(jì)分析方法，主要包括2種類型：非監(jiān)督學(xué)習(xí)方法和監(jiān)督學(xué)習(xí)方法；前者主要有主成分分析、自組織映射圖、非線性映射等；后者主要有偏最小二乘法、偏最小二乘法-顯著性分析聯(lián)合法、顯著性分析、判別函數(shù)分析等。目前主成分分析、顯著性分析、偏最小二乘法-顯著性分析聯(lián)合更常用于代謝組學(xué)分析。

2 代謝組學(xué)在中醫(yī)腫瘤研究中的應(yīng)用

2.1 代謝組學(xué)在肺癌證候研究中的應(yīng)用 周賢梅和尤寅駿[8]將入組21例痰濕蘊(yùn)肺組、21例氣陰兩虛組、20例健康對(duì)照組利用氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)分析肺癌痰濕蘊(yùn)肺證和氣陰兩虛證患者的呼出氣冷凝液代謝產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)痰濕蘊(yùn)肺組與氣陰兩虛組的代謝產(chǎn)物有明顯區(qū)分，3-氨基-2-苯甲?；?4,5,6,7-四氫苯并[b]噻吩為痰濕蘊(yùn)肺組特有代謝物，而1-(苯基磺?；?吡咯為氣陰兩虛組特有代謝物。結(jié)果表明，代謝組學(xué)研究方法有可能成為診斷不同中醫(yī)證型的肺癌的臨床客觀化指標(biāo)，表明了中醫(yī)證型肺癌科學(xué)客觀化的可行性。

2.2 代謝組學(xué)在胃癌證候研究中的應(yīng)用 谷建鐘等[9]采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)25例健康對(duì)照組、25例胃癌術(shù)前肝胃不和證組和25例胃癌根治術(shù)后患者的血清進(jìn)行代謝組學(xué)檢測(cè)，應(yīng)用主成分分析法和偏最小二乘判別分析法分析發(fā)現(xiàn)，胃癌術(shù)前肝胃不和證組與健康對(duì)照組比較有5種代謝化合物表達(dá)上調(diào)和8種代謝化合物表達(dá)下調(diào)，上調(diào)者為2-氨基丁酸、乳酸、亮氨酸、脯氨酸和乙醇胺，下調(diào)者為甘氨酸、葡萄糖、苯甲酸、棕櫚酸、反式油酸甲酯、硬脂酸、花生四烯酸、膽固醇。結(jié)果顯示，與健康對(duì)照組比較，胃癌根治術(shù)前肝胃不和證患者的血清代謝化合物存在差異，分析其變化原因可考慮為腫瘤組織中糖酵解增強(qiáng)，葡萄糖消耗所致，這種差異性具有診斷和闡述中醫(yī)證候本質(zhì)的潛在可能。

2.3 代謝組學(xué)在大腸癌證候研究中的應(yīng)用 馬乃霞[10]運(yùn)用高效液相色譜-質(zhì)譜技術(shù)為平臺(tái)，利用單維數(shù)據(jù)分析了腸癌偏實(shí)證與偏虛證患者之間的差異性代謝物，結(jié)果顯示兩組之間可鑒定出6種代謝物，偏實(shí)證組中異亮氨酸、天冬氨酸、?；撬岷可仙?，而偏虛證組中丙酮、乙酰乙酸、阿洛酮糖含量較高。表明兩種證型的分布有一定分離趨勢(shì)，可能與腫瘤有氧糖酵解、谷氨酰胺代謝旁路相關(guān)。蔣鑫超[11]基于偏最小二乘法-顯著性分析聯(lián)合法得到得分圖及相應(yīng)的S-plot圖，利用得分圖分析大腸癌脾虛濕郁證的腫瘤標(biāo)志物(如血漿中的甘氨酸、L-絲氨酸、膽堿、精氨酸、檸檬酸；尿液中的丙氨酸、檸檬酸、苯乙酰基谷氨酰胺等)，發(fā)現(xiàn)三羧酸循環(huán)及色氨酸的代謝通路發(fā)生了變化，其結(jié)果可為中醫(yī)辨證分型提供依據(jù)。

2.4 代謝組學(xué)在肝癌證候研究中的應(yīng)用 劉雅榮[12]基于NMR技術(shù)將肝癌患者中脾虛濕盛證組與健康人組的血漿譜進(jìn)行了模式識(shí)別分析，結(jié)果表明，肝癌脾虛濕盛證和非脾虛濕盛證的血槳代謝物含量差異顯著，脾虛濕盛證肝癌可能的代謝產(chǎn)物的標(biāo)志物是亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、丙氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、組氨酸、甘氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、肌酸、肌酸酐、乳酸、丙酮、β-葡萄糖、α-葡萄糖、不飽和脂類等化合物。表明肝癌患者體內(nèi)的糖類、脂肪和氨基酸的代謝均出現(xiàn)異常。另有陳群偉[13]應(yīng)用基于核磁共振波譜技術(shù)對(duì)原發(fā)性肝癌患者的陽(yáng)虛證和非陽(yáng)虛證各21例進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)6種差異性代謝物(異亮氨酸、脂類、極低密度脂蛋白/低密度脂蛋白、葡萄糖/糖類、乳酸、膽堿)作為肝癌陽(yáng)虛證潛在的生物標(biāo)志物。

2.5 代謝組學(xué)在不同腫瘤“異病同證”證候研究中的應(yīng)用 魏濱等[14]運(yùn)用代謝組學(xué)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)檢測(cè)，采用主成分分析方法尋找大腸癌和肝癌術(shù)后肝腎陰虛證、脾虛證和濕熱證“異病同證”的血漿共同代謝物，結(jié)果表明，在大腸癌和肝癌術(shù)后分型中：肝腎陰虛證的共同代謝物是甘氨酸，尿素，色氨酸和丙氨酸；脾虛證的共同代謝物是甘氨酸、尿素、色氨酸、葡萄糖、賴氨酸和肌醇；濕熱證的共同代謝物是甘氨酸、尿素、色氨酸、葡萄糖、丙酸、甘露醇、山梨醇和賴氨酸，發(fā)現(xiàn)其主要以影響氨基酸的降解、糖類物質(zhì)分解和供能過(guò)程為主要特征。

3 展望

精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)是疾病預(yù)防與個(gè)體化診治的臨床思維，其綜合考慮個(gè)人基因、環(huán)境與生活習(xí)慣的差異，而代謝組學(xué)則正是通過(guò)利用生物技術(shù)分析手段對(duì)代謝物的研究來(lái)客觀的呈現(xiàn)出他們之間的差異。中醫(yī)的整體觀念和辨證論治，其實(shí)質(zhì)上就是個(gè)體化的治療，人是一個(gè)有機(jī)的整體，各個(gè)臟器的調(diào)和以及人與自然的統(tǒng)一，自然環(huán)境的變化也影響人機(jī)體功能的相互協(xié)同。

代謝組學(xué)方法作為近年來(lái)的一門熱點(diǎn)學(xué)科，已經(jīng)成功地應(yīng)用于多種惡性腫瘤的生物標(biāo)志物的檢測(cè)識(shí)別以及抗腫瘤藥物作用機(jī)制研究等。但在查閱文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)目前研究大多處于差異代謝標(biāo)志物的篩選和分析，仍然有一些未來(lái)可以完善的問(wèn)題：①關(guān)于通路分析還處于較為表淺的層面，即基于數(shù)據(jù)庫(kù)的變化輪廓描述及推斷，還缺少細(xì)胞及上游分子水平的表征、驗(yàn)證及深入的機(jī)制探討；②目前代謝組學(xué)的研究尚無(wú)大樣本多中心的研究數(shù)據(jù)，距離真正應(yīng)用于臨床還有一定差距，需要建立更專業(yè)、系統(tǒng)的方法對(duì)所有能采集到的樣本信息數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析[15]；③另外代謝組學(xué)的檢測(cè)相關(guān)分子數(shù)據(jù)量較大，一些代謝相關(guān)性疾病如高血壓、糖尿病等會(huì)對(duì)代謝產(chǎn)物產(chǎn)生一定影響，無(wú)法排除疾病本身對(duì)代謝物的影響。

中醫(yī)作為傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)其臨床思維對(duì)我們的疾病診治有重要的指導(dǎo)意義，中醫(yī)的現(xiàn)代化研究有助于我們更加清晰深刻的理解其精髓，代謝組學(xué)的相關(guān)研究可以從微觀的視角通過(guò)代謝物的模式識(shí)別和生物標(biāo)志物識(shí)別，作出疾病的預(yù)后診斷以及臨床療效的評(píng)價(jià)，中醫(yī)辨證論治從宏觀角度指導(dǎo)臨床思維，相輔相成。代謝組學(xué)提供的新的診療思路為以后疾病的診治提供了新的靶點(diǎn)，這一領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的發(fā)展空間與前景。