代謝組學在量子點毒性研究中的應用進展及前景

管貴珍，伊有琴，趙也，達瓦德吉，吳添舒

東南大學公共衛(wèi)生學院環(huán)境醫(yī)學工程教育部重點實驗室，江蘇省生物材料與器件重點實驗室，南京 210009

量子點是零維的納米級別的半導體材料，通過控制對該材料施加的電場或光壓的強度，它們會發(fā)出不同顏色的光。因其具有限制電子和電子空穴(electron hole)的特性，使電子在三維空間的運動受到限制，因此，又有“人造原子”和“超原子”之稱。代謝組學是近年來飛速興起的一門學科，主要目的是對生物的代謝小分子產(chǎn)物進行定性或定量的研究，由于其具有信息庫簡單、易于分析和反映狀態(tài)精準等優(yōu)勢，因此，存在很高的發(fā)展價值。筆者查閱了量子點和代謝組學的相關文獻，找出其中與量子點毒性研究有關的內(nèi)容，重點闡述了代謝組學在量子點毒性研究中的應用進展及發(fā)展前景，為以后相關的研究方向和研究內(nèi)容提供有價值的參考。

1 代謝組學方法(Methods of metabolomics)

代謝組學是一種利用分析化學來研究一個代謝組中小分子代謝相關物質及其變化規(guī)律，并對這些物質進行定性或定量的測量，將其變化反映在圖譜上，通過圖譜研究內(nèi)外因變化對代謝的影響的科學，多用于組織、血液和尿液等的測量。相比于傳統(tǒng)的研究個體身體形態(tài)、身體素質、單個元素或化學指標對量子點的響應等研究方法，通過圖譜研究生命變化的代謝組學更加精確、更加科學。例如，在肝臟疾病的研究中，代謝組學能夠不局限于機體受到外界影響后產(chǎn)生的變化細節(jié)，更關注機體在一系列變化后在代謝產(chǎn)物上的整體變化[1]。

代謝組學分為靶標代謝組學和非靶標代謝組學。靶標代謝組學即利用特定的化學物質和手段，測定樣本中特定物質的變化規(guī)律，了解該特定物質在代謝過程中的詳細變化。而非靶標代謝組學是全面地、詳細地測量樣本中所有物質的變化規(guī)律，并通過物質的變化得到樣本整體代謝過程中詳細的信息。目前可使用的方法具體包括氣相色譜-質譜分析(gas chromatography-mass spectrometer, GC-MS)、液相色譜-質譜分析(liquid chromatography-mass spectrometry, LC-MS)和核磁共振譜學分析(nuclear magnetic resonance, NMR)等[2]。這些研究方法各有利弊，均在納米毒理學研究中有所應用。通常研究者們傾向于聯(lián)合運用2種以上的代謝組學方法，以保證最終結果的準確性。

2 代謝組學應用于量子點毒性研究的進展(Advance on the application of metabolomics in toxicity study of quantum dots)

2.1 用于量子點在生物體內(nèi)吸收、分布、代謝和排泄(ADME)過程的研究

作為一種納米材料，目前的研究表明，量子點可通過吸入、皮膚接觸、經(jīng)口染毒以及靜脈或腹腔注射等方式進入體內(nèi)。在研究中其毒性的暴露方式仍主要是注射給藥[3]。職業(yè)場所的工作人員、科研工作者和臨床病人等都有可能通過環(huán)境傳播、工作場所暴露以及疾病診療給予等途徑接觸到量子點等納米材料[4]。當量子點進入生物體后，通過體液流動滲透進入體液循環(huán)，再通過內(nèi)循環(huán)進入組織液、淋巴等。隨著體液流動，可到達或蓄積在肝臟、脾臟和肺部等器官或組織中，引起毒性作用[5]。此外，還可與血清蛋白或其他特異性蛋白結合參與血液循環(huán)；或經(jīng)腎代謝隨尿液或糞便排出體外，部分通過皮膚排出體外[1]。在排泄時也會對腎臟造成一定程度的損害。

而隨著研究的不斷深入，代謝組學亦成為量子點研究的一種新方向、新趨勢，為更加準確地闡明量子點在生物體內(nèi)吸收、分布、代謝和排泄過程提供了新思路。例如：Fan等[6]研究發(fā)現(xiàn)，CdTe/CdS655-MPA QD通過尾靜脈注射暴露進入小鼠體內(nèi)后,電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)分析表明，有30%～40%的量子點分布在肝臟，26%～38%分布在脾臟，12%～20%分布在腎臟，7%～15%分布在肺部。李惠玲等[7]采用高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜(SEC-HPLC-ICP-MS)監(jiān)測碲化鎘量子點(CdTe QDs)在體內(nèi)和體外的生物穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)在染毒小鼠肝臟中CdTe QDs降解迅速，并產(chǎn)生Cd2+，說明量子點染毒后主要靶器官是肝臟。孫湖泊等[8]使用ICP-MS檢測血漿中Cd和Te的含量，發(fā)現(xiàn)隨著時間的延長Cd主要蓄積在肝和腎，Te主要蓄積在脾。Ma-Hock等[9]利用ICP-MS分析器官和糞便樣品的鎘離子含量，發(fā)現(xiàn)鎘離子基本存在于肺部和排泄物中。

2.2 用于檢測量子點毒性的特異性生物標志物

代謝組學在關于肝臟毒物、腎臟毒物方面的應用比較多見，也有涉及神經(jīng)毒性和遺傳毒性等的研究，其生物標志物對于研究往往有著重要的意義。例如，在腎毒性研究中，通過對尿液的檢測，可以檢測出部分物質的代謝在不同的情況下和其他物質都有所區(qū)別，這部分物質對于腎臟毒性的反應較為靈敏，通過研究它們之間的關系有助于相關癥狀的研究；關于肝臟毒物，已知部分藥物容易引起肝中毒，因此面臨退出市場的窘境，甚至已有藥物退出市場，了解肝中毒的代謝生物標志物可以確立新的檢驗水準，緩解這部分藥物退出市場的窘境；神經(jīng)毒性的研究中，一些在傳統(tǒng)研究中未被重視的物質可能成為某些癥狀的特異性標志物，進而產(chǎn)生重大意義。在遺傳方面，可能通過DNA的損傷應答和DNA修復，導致該基因的表達被遺傳毒性物質誘導，成為遺傳毒性的標志物。

代謝組學應用到量子點毒性研究中，發(fā)現(xiàn)了許多在不同組織中對不同癥狀具有特異性的生物標志物。例如，吳純啟等[10]確認了新型生物標志物Micro RNA 122在檢測何首烏肝毒性中的應用價值；在HK-2細胞和RPTEC/TERT1細胞模型中，KIM-1、osteopontin和clusterin等新型生物標志物的預測效能明顯高于傳統(tǒng)的細胞毒性指標和傳統(tǒng)酶學生物標志物[11]。在病理生理研究方面，與傳統(tǒng)的研究血液、腦脊液中單一代謝物相比，代謝組學描述了細胞、組織和器官等整體的代謝過程，這些信息可以更靈敏地反映特異性標志物。例如，Zhou等[12]用基于NMR的代謝組學技術和OPLS-DA模型，分析來自肺結核病患者和健康志愿者的血樣，篩選出了乙酰乙酸、丙酮等17種潛在生物標志物。Zeng等[13]用77個血清樣本進行肝細胞癌代謝組學研究，再用106個血清樣本進行驗證，建立了診斷肝細胞癌的“血清生物標志物模型”，該模型包括色氨酸、谷氨酸鹽和羥基丁酸。

關于生物標志物在評價毒性或預測毒性方面的優(yōu)異性，在確定特異性標志物時可以進行進一步研究，探尋其與毒性反應更加詳細精密的關系，也可以尋找多種對應關系或者縮小研究范圍。例如，血清F蛋白、蘋果酸脫氫酶與等傳統(tǒng)肝毒性生物標志物相比，這些新的標志物具有較高的靈敏度及特異性。但這些新標志物尚未得到廣泛認可，還需進一步研究[14]。在腎臟毒性研究方面，通過對特異性物質的檢測與調查可以進一步了解該物質與毒性反應的關系，從而制定相應措施；在神經(jīng)毒性方面，不同的實驗可能找到不同癥狀的特異性標志物；在遺傳毒性方面，可以將特異性生物標志物縮小到基因范圍。如cTn不僅在動物實驗中可預測心臟毒性，而且在臨床中可評價藥物誘導的心臟毒性作用[15]。

2.3 用于量子點毒效應參與的信號通路的研究

一定量的量子點暴露可通過抑制或激活相關生物分子行為使代謝紊亂，從而引起毒性效應。吳添舒[14]的研究表明，CdTe量子點具有一定的神經(jīng)細胞毒性作用。對大鼠的研究表明，CdTe量子點暴露可以通過抑制PI3K-Akt信號通路和MAPK信號通路的關鍵生物分子蛋白AKT和ERK1/2的磷酸化，同時直接或間接下調核蛋白c-FOS表達，損傷突觸可塑性，抑制長時程增強(LTP)形成，影響大鼠的學習記憶活動。繼而發(fā)現(xiàn)CdTe量子點暴露可以通過激活MyD88/TLR2/NFκB信號通路和NLRP3炎癥小體，導致小膠質細胞分泌促炎性因子IL-ιβ增加，誘發(fā)炎癥反應。關于代謝組學應用于量子點毒性研究的結果總結于表1。

3 代謝組學與傳統(tǒng)量子點毒性研究方法的比較(Comparison between metabolomics and traditional toxicological methods for quantum dot)

3.1 傳統(tǒng)的體外研究方法和結果

量子點體外毒性研究涉及3個方面，包括細胞、DNA和蛋白質，在量子點生物醫(yī)學的研究中，通常采用多個指標的綜合研究以便更為深入全面地探究真相。

CCK-8法是一種檢測細胞毒性的重要手段，CCK-8試劑盒基于WST-8原理用以測定細胞存活率。袁潤等[24]通過CCK-8法檢測不同濃度ZnS外殼包裹的Cd/ZnS量子點對膀胱癌EJ細胞和前列腺PC-3細胞的影響，發(fā)現(xiàn)隨著量子點濃度的升高細胞存活率隨之下降。鄭至嘉[25]利用CCK-8法檢測出不同濃度硒化鎘/硫化鋅組中肝細胞活性均明顯下降，下降程度和量子點濃度以及作用時間呈正相關?；钚匝?ROS)是細胞在呼吸和代謝過程中產(chǎn)生的一系列物質。研究表明，ROS含量升高會引起氧化應激反應，進而誘導細胞凋亡。流式細胞術測定ROS含量，結果顯示氧化應激水平增加明顯。細胞調亡實驗采用AnnexinV-FITCF/PI試劑盒檢測活細胞、早期調亡、晚期調亡和死亡細胞的含量，AnnexinV作為磷脂結合蛋白，可與磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine, PS)發(fā)生特異結合。FITC探針與調亡細胞結合后，能夠在藍色激發(fā)光條件下，產(chǎn)生綠色的熒光，從而可區(qū)分出死亡細胞與活細胞[26]。馬宇飛等[27]用WST、ROS活性氧和Annexin凋亡實驗方法檢測出小粒徑石墨烯量子點生物安全性和生物相容性較好，能夠迅速從體內(nèi)代謝。

表1 量子點對機體代謝途徑的影響匯總Table 1 The summary of metabolic pathways influenced by quantum dots exposure

注：MPA表示巰基丙酸，GQDs表示石墨烯量子點，NMR表示核磁共振，GC-MS表示氣相色譜-質譜，LC-MS表示液相色譜-質譜，CD表示圓二色性光譜法。

Note: MPA stands for mercaptopropionic acid; GODs stands for graphene quantum dot; NMR stands for nuclear magnetic resonance; GC-MS stands for gas chromatography-mass spectrometry; LC-MS stands for liquid chromatography-mass spectrometry; CD stands for circular dichroism spectrometry.

分子水平上的檢測方法有熒光吸收光譜法、紫外-可見吸收光譜法、圓二色性(CD)光譜法、等溫滴定量熱法、時間分辨光譜法、共振光散射技術和酶活性測定等。其中，熒光吸收光譜法具備靈敏度高和準確度好等優(yōu)點，廣泛應用于物質定性定量測定；紫外-可見吸收光譜法具有靈敏度高和選擇性好的優(yōu)點，是研究蛋白質與小分子相互作用規(guī)律的一種重要手段。在不同的實驗目的和實驗條件下，有針對性地選取上述方法。鄧邦蓮等[28]的研究中，熒光分光光度計測定出在激發(fā)光375 nm時，碳量子點熒光強度最強，并且熒光強度與其濃度正相關。Park等[29]用分子熒光成像技術提高了結腸鏡檢的檢測限度，分子熒光探針和甲酚紫-谷氨酸衍生物對癌癥具有互補診斷的作用。

3.2 傳統(tǒng)的體內(nèi)研究方法和結果

量子點體內(nèi)毒性的評價及檢測方法主要有血清生化指標檢查、血液檢查和組織器官的病理檢查。血清生化指標的變化可反映量子點對肝腎功能的影響。血液中細胞數(shù)量的變化則可反映量子點在血液中與細胞的相互作用情況以及量子點引起的炎癥反應。檢測組織器官的病理改變可直觀地評價量子點對組織器官的損傷作用。肝功能指標主要包括血清谷草轉氨酶、谷丙轉氨酶、堿性磷酸酶、總膽紅素、直接膽紅素、白蛋白和球蛋白等；腎功能指標主要有尿素氮、尿酸和肌酐等；常見的血液指標有紅細胞計數(shù)、平均紅細胞血紅蛋白濃度、血小板數(shù)和白細胞數(shù)、淋巴細胞計數(shù)及中性粒細胞比例等[3]。邢瑞[30]研究了SiQDs對家蠶造血功能的影響，SiQDs能進入顆粒細胞、小細胞和擬絳色細胞3種循環(huán)血淋巴中的血細胞中，高劑量SiQDs組循環(huán)血細胞數(shù)量減少。SiQDs暴露會引起ROS含量變化，造成造血器官生長緩慢或生長不良。

3.3 代謝組學應用于量子點毒理學研究的優(yōu)勢

代謝組學的研究處于生物信息流的中游，介于基因、蛋白質與細胞、組織之間，在生物信息的傳遞中起到承上啟下的作用。小分子的產(chǎn)生和代謝是基因表達的下游產(chǎn)物，生物體液的代謝產(chǎn)物分析能夠更直接、更準確地反映生物體的病理生理狀態(tài)。利用代謝組學手段能夠獲得關于生物體或細胞響應毒物或環(huán)境脅迫時受到擾動的小分子和代謝通路總體變化的有價值信息[31]。Zhao等[32]通過葉面噴灑的暴露方式，將萵苣在1 050～2 100 mg·L-1的Cu(OH)2納米農(nóng)藥暴露了一個月后，通過氣相飛行時間質譜(GC-TOF-MS)測定代謝物含量變化，并將數(shù)據(jù)進行PLS-DA分析后，發(fā)現(xiàn)nano-Cu(OH)2在萵苣葉片的代謝物水平上發(fā)生了擾動作用，包括三羧酸(TCA)循環(huán)和一些氨基酸相關的代謝途徑，同時，抗氧化物含量與空白相比明顯降低，表明發(fā)生了明顯的氧化脅迫和抗氧化響應。

4 量子點毒性研究中的代謝組學與其他組學的聯(lián)合運用(The combination of metabolomics and other omics in toxicity study of quantum dots)

4.1 組學介紹

組學即從整體角度研究人類組織細胞結構、基因、蛋白及分子間相互的作用，其涵蓋了基因、蛋白、代謝、轉錄、RNA和脂類等多個組學內(nèi)容[33]?；蚪M學為闡明整個基因組的結構、結構與功能之間的關系以及基因之間相互作用的科學，以生物體內(nèi)基因組的全部基因為研究對象，從整體水平上探索全基因組在生命活動中的作用及其內(nèi)在規(guī)律和內(nèi)外環(huán)境影響機制的學科。蛋白質組學則是從整體水平上認識蛋白質的存在及活動方式的學科[34]。轉錄組學是在RNA水平上研究生物體中各基因轉錄情況及其調控規(guī)律，用以闡明生物表型與功能的一門科學。表觀遺傳學是對那些在不改變基因序列的前提下，所導致的基因表達水平改變的研究，即在另一維度上探究DNA和組蛋白的表觀修飾對基因表達的影響[35]。代謝組學是對某一生物體組分或細胞在一特定生理時期或條件下的所有代謝產(chǎn)物同時進行定性和定量分析，以尋找出目標差異代謝物[33]。

4.2 代謝組學與其他組學相比的優(yōu)勢

與其他組學技術相比，代謝組學在量子點毒性研究中占有一定的優(yōu)勢。首先，小分子代謝物的數(shù)量遠小于基因、轉錄和蛋白質的數(shù)量，因此更容易檢測。焦國正[36]利用質譜分析技術研究石墨烯對HepG2細胞的影響，發(fā)現(xiàn)在石墨烯刺激HepG2細胞24、48和72 h后共獲得了12個可以作為石墨烯干預HepG2細胞的潛在代謝標志物；其中，5個標志物(M2、M6、M7、M10和M11)強度隨著石墨烯濃度的增加逐漸變低，其余7個標志物(M1、M3、M4、M5、M8、M9和M12)強度隨著石墨烯濃度的增加而增強。

第二，代謝組學可以定性和定量地描述基因組、轉錄組和蛋白質組變異的凈結果，代謝組的變化可以被認為是器官ISM表型的最佳指標。Zhu等[37]將ICP-MS和激光解析電離質譜(LDI-MS)聯(lián)用，研究了量子點在Hela細胞中的含量，表征了不同種類的CdSe量子點在細胞中失去表面配體的程度。該研究采用ICP-MS測定進入細胞中的量子點總量，LDI-MS測定配體完整的量子點總量；失去表面配體的量子點總量則由二者差減得到。他們對比了5種量子點失去配體的比例，發(fā)現(xiàn)粒徑較小的含雙齒配體的量子點丟失的配體比例更少，在細胞中具有更好的穩(wěn)定性。該研究表明，尺寸和配體的結構都會影響量子點的生物穩(wěn)定性，這對量子點的生物成像應用具有重要的參考價值。Bo等[38]采用代謝組學的方法研究了TiO2納米粒子的毒性，發(fā)現(xiàn)TiO2納米粒子干擾了L929細胞丙氨酸、甘氨酸等12種氨基酸的代謝，這些代謝誘導氧化應激的產(chǎn)生，損傷了能量代謝并抑制了DNA和RNA的合成，從而對L929細胞造成了損傷。任朝秀[39]在痕量氧化石墨烯(GO)對斑馬魚神經(jīng)功能障礙的誘導及其子代效應的研究中，利用代謝組學分析發(fā)現(xiàn)，子代斑馬魚氨基酸、脂肪酸和糖代謝被GO干擾，這一干擾與其神經(jīng)功能障礙密切相關。Li等[40]采用代謝組學的方法研究了銀納米粒子對水蚤代謝應答表型的變化，發(fā)現(xiàn)氨基酸磷脂等相關標志物影響了代謝表型的變化，并闡述了其可能擾動的代謝通路。

第三，從代謝組學獲得的信息更為通用，作為一種特定的代謝產(chǎn)物，不同于基因、轉錄物或蛋白質，對擁有它的每一個生物體來說都是相同的[41]。歐陽少虎[42]在研究3種碳納米材料對小球藻的毒性效應及其機理時，發(fā)現(xiàn)代謝物中的烷烴、賴氨酸、十八碳二烯酸和纈氨酸與細胞體內(nèi)活性氧產(chǎn)生相關，這些代謝物可能被視為活性氧新的生物標志物。因此，代謝組學為探索3種碳納米材料對小球藻細胞的生物反應提供了一種全新的視角。Huang等[43]研究了二氧化硅對肺纖維細胞的代謝影響特征，發(fā)現(xiàn)硅納米粒子主要干預了細胞氨基酸和酯類的代謝。Nazari等[44]研究了羧基包裹的鉍納米粒子對幽門螺桿菌的殺傷力，通過代謝組學的分析發(fā)現(xiàn)，鉍納米粒子干預了醋酸鹽、谷氨酸鹽、纈氨酸和尿嘧啶等代謝產(chǎn)物，擾動了三羧酸循環(huán)、氨基酸和核酸等的代謝通路。Li等[45]采用代謝組學的方法研究了MnO納米粒子對SD大鼠的毒性，發(fā)現(xiàn)MnO擾動了大鼠的能量、脂質和氨基酸等的代謝，表明這些代謝異常打破了鼠的正常生理平衡。最后，與其他組學技術相比，代謝組學單次花費的時間和成本較低[46]。綜上所述，代謝組學的特征使其成為研究不同分子水平下納米顆粒-生物相互作用的理想選擇。

4.3 量子點毒性研究中的代謝組學與其他組學的聯(lián)合運用

近年來，隨著新技術的不斷涌現(xiàn)，多組學整合已經(jīng)成為組學發(fā)展的新趨勢，其結果更可靠，數(shù)據(jù)更豐富(圖1)。傳統(tǒng)的研究僅基于單一的數(shù)據(jù)類型來進行，因此，可以解釋的生物系統(tǒng)和疾病的復雜性非常有限。而代謝組學與其他組學，如轉錄組學、基因組學和蛋白組學等聯(lián)合運用，有助于解決系統(tǒng)級的基本生物學問題。通過轉錄組學分析，可以獲得基因表達的RNA水平的相關信息，可以探索基因表達與機體生理、病理等狀態(tài)下的生命現(xiàn)象之間的內(nèi)在聯(lián)系。蛋白組學分析可以從整體角度分析細胞和組織內(nèi)部不斷動態(tài)變化的蛋白質組成成分及表達水平等，了解蛋白質之間的相互作用，旨在闡明全部蛋白質的表達及功能模式。而代謝組學是轉錄組學和蛋白質組學的下游，代謝組分的變化是機體對遺傳、環(huán)境或是疾病影響的最終應答反應。生物學反應往往不是單一因素引起的，而是基因、mRNAs、蛋白質和代謝物等多種因素共同作用的結果。因此，整合不同平臺的組學數(shù)據(jù)成為必要的工作。

曾卓穎[47]運用蛋白質組學、代謝組學等分析方法探討納米二氧化硅染毒對HaCaT細胞膜蛋白表達水平的影響，首先使用膜蛋白提取試劑盒提取HaCaT細胞的膜蛋白，后采用納升液相色譜-基質輔助激光解析飛行時間質譜聯(lián)用技術(nano-LC-MALDI-TOF-MS)鑒定HaCaT細胞膜蛋白，確定該方法測定膜蛋白的有效性。隨后，用不同濃度的15 nm的二氧化硅對HaCaT細胞進行染毒處理，觀察細胞活力水平和細胞形態(tài)，確定蛋白質組學實驗的染毒濃度。使用膜蛋白提取試劑盒提取染毒組和對照組的膜蛋白，用熒光差異雙向凝膠電泳(2D-DIGE)分析納米二氧化硅暴露前后膜蛋白質組成的變化情況。最后，運用生物信息學分析鑒定差異表達的膜蛋白的亞細胞定位和蛋白功能。該研究發(fā)展了一種有效可行的提取HaCaT細胞膜蛋白的方法，可用于膜蛋白質組學研究；使用熒光差異雙向凝膠電泳(2D-DIGE)-基質輔助激光解析飛行時間質譜分析(MALDI-TOF-MS)聯(lián)用技術成功地鑒定出差異表達膜蛋白。由此可以推測，基于質譜(MS)的蛋白質組學分析方法可以更好地識別出所需蛋白。

柳志剛[48]運用核磁共振、熒光定量PCR檢測等技術來研究不同表面修飾的金納米棒對A549及16HBE細胞代謝的影響。首先運用核磁共振、氣相色譜-質譜技術檢測相關代謝產(chǎn)物，然后為了驗證一些關鍵代謝物的變化，特別是與氧化應激、生物膜轉化和己糖胺途徑相關的代謝通路，并使用熒光定量PCR檢測了控制這些代謝反應的基因轉錄水平。研究結果表明，GCLC、GSS和GSR基因在金棒處理的A549細胞中出現(xiàn)上調，這3個基因編碼谷胱甘肽(GSH)合成代謝途徑中的酶，這說明，細胞為應對金納米棒產(chǎn)生的氧化應激，提高了GSH這種抗氧化物質的含量。同時，CHKA基因在金納米棒處理后出現(xiàn)變化，CHKA基因編碼CDP-膽堿代謝通路的第一個酶——膽堿激酶。該酶催化膽堿生成磷酸膽堿，它的變化表明金納米棒可能影響膽堿生物膜代謝。另外，控制己糖胺途徑限速酶即谷氨酞胺果糖-6-磷酸轉移酶的基因GFPTI在16HBE細胞中出現(xiàn)下調，這與金納米棒處理后氨基己糖途徑的終產(chǎn)物水平降低相一致包括UDP半乳糖胺、UDP葡萄糖醛酸和UDP-葡萄糖。并且，OGT基因水平的下調，也與己糖胺通路的下調一致。由此可見，代謝組學與轉錄組學的聯(lián)合運用，可以驗證關鍵代謝產(chǎn)物的變化，即利用轉錄組學來驗證代謝組學的結果。

雖然，目前多組學整合研究已經(jīng)成為一種組學發(fā)展的新趨勢，但其在量子點毒性研究中的運用仍面臨著較大挑戰(zhàn)，相關研究也十分稀缺。當前的量子點毒性研究基本都是基于單一的組學或者是其他組學的聯(lián)合運用，比如蛋白質組學與基因組學的聯(lián)合運用。因此，如何將代謝組學與其他組學聯(lián)合運用于量子點的毒性研究是未來努力探索的方向。

5 總結與展望(Conclusion and perspective)

作為量子點毒性研究中的一種新的組學技術，與傳統(tǒng)的研究個體身體形態(tài)、身體素質、單個元素或化學指標對量子點的響應等研究方法相比，通過圖譜研究生命變化的代謝組學更加精確、更加科學。代謝組學的特異性生物標志物在評價毒性或預測毒性方面所表現(xiàn)出的優(yōu)異性，為量子點毒性研究提供了新的思路和技術，也提高了毒理學研究的準確度。但即使如此，代謝組學仍然還有許多基礎工作有待完善。

圖1 多組學聯(lián)合分析在量子點毒性研究中的應用Fig. 1 The application of multi-omics combination analysis on the toxicity study of quantum dots

對于量子點毒性研究，代謝組學是一個潛在的途徑，用于識別各種生物體的新型解毒機制。此外，它還可以用來識別其他組學技術所忽略的代謝途徑的變化。細胞中的蛋白質和mRNA水平的變化不一定轉化為代謝途徑的變化，在代謝不穩(wěn)定的狀態(tài)下不能檢測到上述兩者的相關變化。代謝組學可提供其他技術不可獲得的信息。另外，代謝組學還可提供下游分析的目標途徑。然而，盡管代謝組學作為一個獨立的領域正在發(fā)展，而且已經(jīng)取得了很大的進展，但仍然存在著重大的挑戰(zhàn)。從技術上講，代謝組學是苛刻的。這主要是由于代謝組中存在豐富的化學多樣性以及快速的代謝產(chǎn)物周轉，這也導致其重復性較差。盡管如此，代謝組學仍然具有巨大的潛力，可以為量子點毒性研究和其他領域提供新的重要信息。通過良好的實驗設計、有效的分析方法和與其他組學方法的整合，代謝組學可提供更加豐富的信息。