代謝組學(xué)在反芻動物營養(yǎng)代謝應(yīng)用中的研究進展

李胤豪 張清月 閆素梅

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物科學(xué)學(xué)院/動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)自治區(qū)高等學(xué)校重點實驗室，呼和浩特 010018)

代謝組學(xué)自20世紀90年代末被正式提出后，檢測分析手段不斷完善和改進，現(xiàn)已在多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用更是熱點。相較于傳統(tǒng)研究方法，代謝組學(xué)的研究對象是小分子代謝物，可全景式地揭示機體營養(yǎng)物質(zhì)代謝過程中的種類和數(shù)量的變化，從而探究這些變化背后的規(guī)律以及相互作用。由于代謝物的數(shù)量遠遠少于基因和蛋白質(zhì)的數(shù)量，且不同生物體中檢測到的代謝物組成相似，使得代謝組學(xué)的應(yīng)用越來越廣泛。近年來，在人類健康研究領(lǐng)域新興起的營養(yǎng)代謝組學(xué)常關(guān)注某些疾病狀況下的生物標(biāo)志代謝物，或聚焦于疾病與飲食之間的關(guān)系，從而將代謝物與健康狀況聯(lián)系起來，這些成果為反芻動物營養(yǎng)學(xué)提供了良好的借鑒。本文主要綜述了近5年來代謝組學(xué)在反芻動物瘤胃、血液和動物產(chǎn)品等方面的應(yīng)用及研究進展，并基于代謝組學(xué)對反芻動物營養(yǎng)代謝機制進行了探討，以期為代謝組學(xué)在反芻動物營養(yǎng)研究中的廣泛應(yīng)用提供參考。

1 代謝組學(xué)在反芻動物領(lǐng)域的研究

代謝物是驅(qū)動細胞能量生產(chǎn)和儲存、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和細胞凋亡等基本功能的底物和產(chǎn)物，代謝物的變化是機體內(nèi)外環(huán)境、酶和各種激素以及遺傳物質(zhì)共同調(diào)節(jié)作用的結(jié)果，機體的生理狀態(tài)與其代謝物濃度緊密聯(lián)系，因此，代謝組學(xué)分析能夠展示機體的全面狀態(tài)和整體效應(yīng)，使復(fù)雜的基因、蛋白網(wǎng)絡(luò)研究變得簡單直觀。代謝組學(xué)主要關(guān)注被檢測系統(tǒng)中相對分子質(zhì)量<1 000 u的物質(zhì)，通常這些物質(zhì)種類繁多且化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，例如碳水化合物、脂類、氨基酸和有機酸等。代謝組學(xué)是對某個器官、組織或環(huán)境中整體代謝物質(zhì)定性和定量的綜合分析，是系統(tǒng)生物學(xué)的重要組成部分，是生命調(diào)控的4個層次(基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和代謝組)中最直接反映機體表型的組學(xué)技術(shù)，將其應(yīng)用于營養(yǎng)物質(zhì)代謝研究，是揭示更多代謝機制進而采取調(diào)控措施的有力手段。目前，代謝組學(xué)常使用的檢測平臺主要包括核磁共振(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，常用的數(shù)據(jù)分析軟件主要包括XCMS、MetAlign、MZmine、Tagfinder以及MAVEN等。

反芻動物營養(yǎng)學(xué)是研究反芻動物營養(yǎng)物質(zhì)的攝入、消化代謝過程、轉(zhuǎn)化利用和生命活動相互關(guān)系的科學(xué)。在反芻動物營養(yǎng)學(xué)研究領(lǐng)域，代謝組學(xué)的研究內(nèi)容主要是以組織中的差異代謝物為基礎(chǔ)，探究其與營養(yǎng)代謝的相關(guān)性，例如：評估瘤胃的健康狀況以及營養(yǎng)物質(zhì)在瘤胃中的代謝效率，探究影響瘤胃健康和營養(yǎng)物質(zhì)高效利用的機制；探究血液中差異代謝物與營養(yǎng)代謝之間的關(guān)系，進而制定健康高效的飼養(yǎng)方案；基于差異代謝物探究提高與改善反芻動物畜產(chǎn)品(乳和肉)產(chǎn)量與品質(zhì)的策略等。這些研究通常是在差異代謝物鑒定的基礎(chǔ)上，對其所參與的關(guān)鍵代謝通路進行注釋解析，從而在小分子水平上研究營養(yǎng)代謝機制。通過查閱近些年來被SCI收錄的150余篇反芻動物代謝組學(xué)應(yīng)用的相關(guān)文獻(表1)發(fā)現(xiàn)，反芻動物代謝組學(xué)的檢測對象范圍較廣，但主要的檢測樣本是血液、乳汁、瘤胃液、尿液和肌肉組織；常見的代謝物包括氨基酸、碳水化合物、肽類、脂類、能量類、核苷酸、維生素和輔助因子等。代謝物包括內(nèi)源代謝物和外源代謝物，外源代謝物中又包括代謝終產(chǎn)物及中間代謝產(chǎn)物，其中大部分來自動物日糧或消化道微生物群，且代謝物之間存在錯綜復(fù)雜的相關(guān)性。因此，基于高通量和大數(shù)據(jù)的代謝組學(xué)充分發(fā)揮了其研究優(yōu)勢，極大推動了反芻動物營養(yǎng)學(xué)的發(fā)展。

2 代謝組學(xué)在反芻動物瘤胃營養(yǎng)代謝研究中的應(yīng)用

2.1 瘤胃代謝組學(xué)的發(fā)展

瘤胃內(nèi)代謝物的組成可以直接反映日糧營養(yǎng)物質(zhì)在瘤胃內(nèi)參與微生物代謝的規(guī)律，因此，調(diào)控并改善瘤胃微生物群落結(jié)構(gòu)和代謝功能是反芻動物研究領(lǐng)域的重點和熱點。傳統(tǒng)的研究手段無法全面深入了解瘤胃內(nèi)復(fù)雜的代謝機制，而借助于高通量的瘤胃代謝組學(xué)日益受到研究者的關(guān)注。雖然代謝組學(xué)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于植物學(xué)、動物學(xué)、生理學(xué)、病理學(xué)以及藥理毒理學(xué)等多個領(lǐng)域，但目前關(guān)于瘤胃代謝組學(xué)的研究尚處于起步階段，在Web of Science 網(wǎng)站中以“Metabolomics”為一級主題詞檢索近10年(2013—2022年)的研究文獻，共有45 980余篇文獻，可見代謝組學(xué)應(yīng)用之廣泛。再以“Rumen”為二級主題詞檢索共得到160篇文獻，而其中近3年(2020—2022年)的文獻為86篇，可見代謝組學(xué)技術(shù)在反芻動物瘤胃方面的研究并不充裕，但近年來正在蓬勃興起。Saleem等基于前人的基礎(chǔ)研究，于2013年建立了反芻動物瘤胃代謝組數(shù)據(jù)庫(www.rumendb.ca)，其中共包含246種代謝產(chǎn)物。Goldansaz等于2017年將此數(shù)據(jù)庫進行補充與發(fā)展，建立了家畜代謝組數(shù)據(jù)庫(Livestock metabolome database，LMDB，http:∥www.lmdb.ca)，不僅將代謝物進行了分類，且對其濃度范圍、化學(xué)結(jié)構(gòu)以及每個代謝物在家畜健康或異常生理條件下的信息等進行了描述。這些成果為研究瘤胃內(nèi)容物組成進而探索瘤胃功能提供了支持，使代謝組學(xué)在反芻動物瘤胃方面的研究應(yīng)用更加便捷、全面和準(zhǔn)確。

表1 代謝組學(xué)應(yīng)用于反芻動物研究的組織樣本 種類相關(guān)文獻數(shù)量
Table 1 Number of literatures on the application of metabolomics to ruminant livestock sample types 篇

樣本類型Sample牛Cattle綿羊Sheep山羊Capra乳汁 Milk3336血漿 Plasma2464血清 Serum1844瘤胃液 Rumen fluid1766尿液 Urine1221肌肉組織 Muscle902卵泡液 Follicular fluid300脂肪組織 Adipose tissue200糞便 Feces110精液 Semen100肝臟組織 Liver111羊水 Amniotic fluid020腦組織 Brain tissue010腦脊液 Cerebrospinal fluid010關(guān)節(jié)液 Synovial fluid010

2.2 代謝組學(xué)在瘤胃酸中毒研究中的應(yīng)用

基于代謝組學(xué)研究瘤胃液、瘤胃微生物以及瘤胃上皮組織的代謝變化，可用于探討高精料引起瘤胃酸中毒的機制。急性和亞急性瘤胃酸中毒是反芻動物生產(chǎn)中常見的營養(yǎng)代謝疾病，通常是由于攝入高水平的可發(fā)酵碳水化合物而粗纖維相對攝入不足導(dǎo)致乳酸過剩引起。傳統(tǒng)的研究方法往往局限于瘤胃發(fā)酵指標(biāo)和瘤胃上皮組織的變化，而不能系統(tǒng)地探究酸中毒生理狀態(tài)下瘤胃內(nèi)復(fù)雜的小分子物質(zhì)的動態(tài)代謝過程以及代謝網(wǎng)絡(luò)。近年來，瘤胃代謝組學(xué)的研究揭示了更多酸中毒的微觀機制(表2)。日糧的精粗比例是引起酸中毒的決定性因素，霍文婕基于GC-MS非靶向代謝組學(xué)檢測了飼喂高精料日糧的山羊瘤胃代謝物，篩選出內(nèi)毒素和生物胺等78種差異代謝產(chǎn)物，其中，高精料日糧顯著提高瘤胃中丁酸、脂多糖(LPS)、色胺、酪胺、組胺和乙酸苯酯等異常代謝產(chǎn)物的含量，可作為高精料日糧對山羊瘤胃產(chǎn)生負面影響的特征代謝產(chǎn)物。Zhang等以不同精粗比(40∶60和70∶30)日糧飼喂荷斯坦奶牛，基于GC-MS的非靶向代謝組學(xué)技術(shù)比較分析了瘤胃液代謝物組成，兩組之間共鑒定出78種差異代謝物，主要包括有機酸、氨基酸、胺類、糖類和核苷酸等，高精料組的瘤胃液中2,2-二甲基琥珀酸、2,4-二氨基丁酸、丁酸、乳酸、亮氨酸、酪氨酸、色氨酸、生物胺(腐胺、色胺、組胺和酪胺)、LPS和乙醇胺等代謝物的含量顯著增加，而4-羥基肉桂酸、肉桂酸、苯甲酸、乳糖和二羥基丙酮等代謝物的含量顯著降低。Xue等基于GC-MS非靶向代謝組學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，高精料日糧組奶牛瘤胃中丙酮酸、乳酸、核糖和生物胺含量顯著增加，而2,6-二磷酸果糖、檸檬酸、丁二酸、次黃嘌呤和黃嘌呤顯著降低。其他一些基于代謝組學(xué)技術(shù)對飼喂高精料日糧引起的瘤胃代謝變化的研究也得出了與以上相類似的研究結(jié)果。由此可見，通常飼喂精粗比超過65∶35的日糧，容易引起反芻動物瘤胃酸中毒。在急性或亞急性瘤胃酸中毒的生理狀態(tài)下，瘤胃內(nèi)丁酸、乳酸、丙酮酸、內(nèi)毒素、生物胺類和部分必需氨基酸等代謝物被上調(diào)，部分支鏈脂肪酸、糖類和嘌呤類等代謝物被下調(diào)。這些瘤胃內(nèi)代謝物的變化或可作為判斷反芻動物是否處于酸中毒狀態(tài)的依據(jù)。此外，短鏈脂肪酸和乳酸的積累使瘤胃正常的發(fā)酵功能紊亂，pH長期處于5.5以下使微生物發(fā)酵底物發(fā)生變化導(dǎo)致正常的瘤胃微生物區(qū)系紊亂，大量革蘭氏陰性菌死亡裂解，伴隨著內(nèi)毒素和生物胺類增多，此類物質(zhì)不僅會增加瘤胃上皮細胞膜通透性、損傷瘤胃上皮細胞產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，而且吸收入血還會加重酸中毒反應(yīng)。

另一方面，基于代謝組學(xué)富集的代謝通路有助于揭示酸中毒的機制及其調(diào)控技術(shù)，例如日糧中補充丁酸鹽或硫胺素等可以有效緩解酸中毒，丁酸鈉可以通過抑制磷脂肌醇信號途徑(PKC)和絲裂原活化蛋白激酶信號通路(MAPK)來緩解酸中毒引起的瘤胃上皮緊密連接蛋白的損傷；補充硫胺素可以通過提高丙酮酸甲酸裂解酶的活性，促進三羧酸循環(huán)途徑中丙酮酸生成乙酰輔酶A，從而抑制乳酸的生成。綜上所述，基于代謝組學(xué)可以發(fā)現(xiàn)瘤胃內(nèi)反映酸中毒生理狀態(tài)的生物標(biāo)志物，探究這些生物標(biāo)志物的變化規(guī)律并及時進行日糧調(diào)控，可以有效保障瘤胃的健康與穩(wěn)態(tài)，尤其在亞急性瘤胃酸中毒發(fā)生時，在早期通過生物標(biāo)志物的監(jiān)測并及時干預(yù)日糧組成，可以有效保障反芻動物的健康與生產(chǎn)性能。值得注意的是，應(yīng)用代謝組學(xué)探究高精料日糧對反芻動物影響的研究并不僅僅將檢測對象局限于瘤胃液，近期的相關(guān)研究從瘤胃上皮組織入手，揭示了高精料日糧引起瘤胃內(nèi)pH下降和滲透壓改變可能破壞瘤胃上皮屏障，導(dǎo)致糖類和脂類吸收紊亂，進而對山羊的瘤胃代謝產(chǎn)生負面影響。

2.3 代謝組學(xué)在瘤胃發(fā)酵功能和營養(yǎng)物質(zhì)利用效率研究中的應(yīng)用

瘤胃在反芻動物的消化效率中起著核心作用，瘤胃代謝物的變化能夠反映營養(yǎng)物質(zhì)利用效率的高低，代謝組學(xué)可以為如何改善瘤胃功能或提高營養(yǎng)物質(zhì)在瘤胃內(nèi)的利用效率提供更加全面的信息。Wang等基于GC-MS非靶向代謝組學(xué)研究了茶皂素對荷斯坦奶牛瘤胃發(fā)酵功能的促進作用，結(jié)果顯示添加茶皂素使瘤胃中角鯊烯、羊毛甾醇、3-苯基丙酸和瓜氨酸等代謝物濃度顯著升高，通路富集結(jié)果表明，嘌呤嘧啶代謝、類固醇生物合成和酪氨酸生物合成等代謝路徑在兩組間存在顯著差異，此類代謝通路和氨基酸與脂質(zhì)的利用有關(guān)，揭示了茶皂素促進瘤胃發(fā)酵從而提高營養(yǎng)物質(zhì)利用率的靶點。Ogunade等基于LC-MS代謝組學(xué)發(fā)現(xiàn)日糧添加莫能菌素可以促進荷斯坦閹牛瘤胃丙酸發(fā)酵途徑，促進了瘤胃內(nèi)氨循環(huán)，抑制必需氨基酸的分解代謝，有利于促進瘤胃發(fā)酵。Jin基于GC-MS非靶向代謝組學(xué)研究了奶牛瘤胃中尿素氮的代謝途徑，為如何在生產(chǎn)中提高反芻動物瘤胃尿素利用率提供了指導(dǎo)。Yang等基于GC-MS非靶向代謝組學(xué)發(fā)現(xiàn)，日糧中玉米比例的升高導(dǎo)致肉牛瘤胃中營養(yǎng)物質(zhì)利用率下降，用乳酸或鹽酸處理玉米可以調(diào)節(jié)安格斯牛瘤胃淀粉的降解特性，抑制苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成和苯丙氨酸代謝等關(guān)鍵途徑從而減少有害代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生，進而抑制瘤胃異常發(fā)酵，提高營養(yǎng)物質(zhì)利用率。瘤胃內(nèi)甲烷的產(chǎn)生不僅造成飼料資源浪費，還會加劇溫室效應(yīng)，早期的研究通過飼喂高比例的豆科牧草以降低甲烷的生成，但作用機制尚不明確。Ghamkhar等借助LC-MS代謝組學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)抑制瘤胃甲烷生成的關(guān)鍵代謝物物—烏索酸和齊墩果萜甙是豆科牧草在瘤胃中發(fā)酵產(chǎn)生的，為抑制瘤胃甲烷生成從而提高飼料利用效率提供了新思路。近年來的一項研究報道了瘤胃微生物門水平和屬水平的相對豐度與特定瘤胃代謝物之間的相關(guān)性，試圖揭示瘤胃中營養(yǎng)物質(zhì)代謝與微生物之間的關(guān)系，但此研究只局限于特定的代謝物，并沒有涉及到復(fù)雜的代謝中間產(chǎn)物，因此所得到的微生物與營養(yǎng)物質(zhì)代謝之間的信息十分有限。鑒于此，應(yīng)將代謝組學(xué)與微生物組學(xué)聯(lián)合應(yīng)用，從而提供包括微生物代謝產(chǎn)物在內(nèi)的更加全面的瘤胃代謝信息。例如，Ogunade等基于瘤胃宏基因組學(xué)和LC-MS代謝組學(xué)聯(lián)合分析研究了莫能菌素對肉牛瘤胃功能的促進作用，結(jié)果表明日糧添加200 mg/d的莫能菌素促進了革蘭氏陰性菌的活性與豐度，上調(diào)了瘤胃脂質(zhì)代謝和氨基酸代謝相關(guān)功能基因的相對豐度，揭示了莫能菌素通過促進瘤胃中丙酸的產(chǎn)生而促進瘤胃發(fā)酵，同時通過抑制氨基酸的降解途徑以及調(diào)控不飽和脂肪酸的生物氫化作用來改善瘤胃功能。

2.4 代謝組學(xué)揭示高效與高產(chǎn)的瘤胃潛在生物標(biāo)志物

瘤胃中存在著消化道最大的微生物發(fā)酵體系，瘤胃微生物可以利用飼料中的纖維素發(fā)酵為機體供能，并將非蛋白氮轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的微生物蛋白加以利用。因此，瘤胃功能是決定動物生產(chǎn)性能的關(guān)鍵因素，瘤胃代謝物的變化也與生產(chǎn)性能緊密相連。已有文獻報道指出，應(yīng)用血液代謝組學(xué)研究肉牛剩余采食量從而預(yù)測飼料轉(zhuǎn)化效率(Feed efficiency,FE)和平均日增重(ADG)的準(zhǔn)確率接近95%。瘤胃代謝組學(xué)研究中也有類似的報道，Artegoitia等基于LC-MS代謝組學(xué)的研究篩選了33個與肉牛ADG差異相關(guān)的瘤胃生物標(biāo)志物，其中高ADG組瘤胃中α-亞麻酸(ALA)和異油酸等含量顯著降低，蝶酰-d-谷氨酸、四氧嘧啶和肉毒堿等含量顯著升高，進一步通過富集通路和相關(guān)性研究得出，ALA代謝和芳香族氨基酸的生物合成是影響肉牛FE的主要功能途徑。Clemmons等基于LC-MS代謝組學(xué)比較分析了高、低FE的肉牛瘤胃液代謝物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高FE組瘤胃液中檸康酸鹽、琥珀酸鹽、次黃嘌呤、胸腺嘧啶、尿嘧啶和木糖等含量顯著升高，這些代謝物除了參與碳水化合物和脂類代謝外，大多數(shù)參與遺傳物質(zhì)循環(huán)和蛋白質(zhì)代謝，可以作為判斷高FE的潛在生物標(biāo)志物。同樣有研究指出，不同F(xiàn)E的安格斯牛瘤胃中碳水化合物和脂質(zhì)代謝狀況存在顯著差異，其中，脂類的轉(zhuǎn)運和氧化途徑與肉牛FE關(guān)系最密切。此外，F(xiàn)E還與遺傳物質(zhì)代謝和蛋白質(zhì)合成途徑有關(guān)。反芻動物高效、高產(chǎn)離不開對瘤胃的深入探索，代謝組學(xué)結(jié)果不僅僅局限于瘤胃發(fā)酵參數(shù)的變化，還揭示了瘤胃中脂肪酸轉(zhuǎn)運、氨基酸合成以及遺傳物質(zhì)代謝等途徑均是影響FE的因素，這些研究結(jié)果為提高FE進而提高生產(chǎn)性能提供了新思路。值得注意的是，最近的一項研究對肉牛的多個組織器官(包括瘤胃、十二指腸、皮下脂肪、肝臟和背最長肌)進行了非靶向代謝組學(xué)分析，結(jié)果表明，盡管肉牛各組織的分子組成具有其獨特性，但ALA、磷脂酰膽堿和膽固醇是各組織共有的差異代謝物，這些可以被認為是與肉牛生產(chǎn)性能有關(guān)的生物標(biāo)志物，且脂質(zhì)的合成、運輸和氧化是肉牛日增重和FE差異的共同代謝途徑。這項研究也展示了代謝組學(xué)在多組織器官研究中的優(yōu)勢，能更精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)影響高效生產(chǎn)的主要因素，進一步結(jié)合靶向脂質(zhì)代謝組學(xué)，可能會揭示更加全面的脂類代謝與FE之間的關(guān)系。

基于代謝組學(xué)可以探究高產(chǎn)和低產(chǎn)奶牛瘤胃代謝物組成的差異。Mu等基于LC-MS非靶向代謝組學(xué)的研究表明，高產(chǎn)奶牛瘤胃中包括6-氟辛基-4-乙烯酮等10種代謝物濃度顯著增加，通路富集結(jié)果表明高產(chǎn)奶量與體內(nèi)不飽和脂肪酸生物合成、甾體生物合成以及萜醌生物合成代謝途徑上調(diào)有關(guān)，而產(chǎn)奶量降低可能與核苷酸代謝、能量代謝和脂質(zhì)代謝途徑被抑制有關(guān)。Zhang等基于LC-MS非靶向代謝組學(xué)的研究表明，高產(chǎn)奶牛瘤胃中包括龍膽酸，辛酸和肉豆蔻酸等30種化合物含量顯著增加，而羧酸以及二氮雜苯類化合物等24種代謝物含量顯著下降，通路富集分析顯示蛋白質(zhì)的消化吸收、ABC轉(zhuǎn)運體和不飽和脂肪酸的生物合成等差異可能是影響產(chǎn)奶量的最主要代謝通路。上述研究表明，產(chǎn)奶量的增加必然伴隨著糖類、脂類和蛋白質(zhì)消耗的增加，傳統(tǒng)的研究方法集中于調(diào)控乳糖、乳脂和乳蛋白合成的相關(guān)途徑，而代謝組學(xué)可以提供更加全面的代謝信息，例如高低產(chǎn)奶牛瘤胃中某些酮類、醚類和萜類代謝物的代謝途徑存在顯著差異，這在以往的研究中可能會被忽略。且一個重要的因素應(yīng)該被考慮，即高產(chǎn)奶牛往往處于能量負平衡狀態(tài)，這可能伴隨著機體亞健康或疾病狀態(tài)。因此，反映高產(chǎn)奶量的生物標(biāo)志物也可能是疾病狀況下的生物標(biāo)志物，例如高產(chǎn)奶牛發(fā)生酮病或乳熱癥時也伴隨著瘤胃內(nèi)酮類和游離脂肪酸的代謝異常，此類狀況下基于代謝組學(xué)的結(jié)果則需進一步分析與討論。

日糧組成是影響產(chǎn)奶量的主要因素，Sun等基于GC-MS代謝組學(xué)比較了以苜蓿草或玉米秸稈為主的日糧對奶牛產(chǎn)奶量的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)飼喂低質(zhì)量的玉米秸稈使瘤胃中琥珀酸生物合成途徑顯著下調(diào)，而琥珀酸是丙酸生物合成的重要中間代謝物，提示飼喂低質(zhì)量粗飼料可能抑制瘤胃丙酸發(fā)酵從而降低產(chǎn)奶量。Xue等基于GC-MS代謝組學(xué)比較了產(chǎn)高乳蛋白乳和低乳蛋白乳的荷斯坦奶牛瘤胃代謝物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高乳蛋白奶牛組瘤胃中有25種代謝產(chǎn)物濃度顯著升高，且通路富集結(jié)果提示，維生素B代謝、甘油脂類代謝和β-丙氨酸代謝可能是調(diào)控乳蛋白合成的關(guān)鍵途徑，同時，該作者又利用瘤胃宏基因組學(xué)與代謝組學(xué)聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)特定的微生物類群(主要為多個普雷沃氏菌種)和參與谷胱甘肽、苯丙氨酸、淀粉和半乳糖代謝的氨基酸呈顯著正相關(guān)，表明普雷沃氏菌可能顯著影響宿主的氨基酸合成從而影響乳蛋白含量。綜上，基于瘤胃代謝組學(xué)可以揭示反芻動物高產(chǎn)與低產(chǎn)、高效與低效生產(chǎn)差異的潛在機制；與生產(chǎn)性能密切相關(guān)的生物標(biāo)志物為通過營養(yǎng)調(diào)控提高生產(chǎn)性能提供了新的研究思路；整合多種組織的代謝組學(xué)分析為探究影響生產(chǎn)性能差異的分子機制提供了更加全面的信息；基于非靶向代謝組學(xué)找到研究方向，靶向代謝組學(xué)是進一步驗證與補充研究結(jié)果的重要手段；瘤胃微生物組學(xué)與代謝組學(xué)的關(guān)聯(lián)應(yīng)用可以從微生物角度解釋差異代謝物與生產(chǎn)性能的關(guān)系。

3 血液代謝組學(xué)在反芻動物營養(yǎng)代謝研究中的應(yīng)用

3.1 血液代謝組反映反芻動物的代謝狀況和營養(yǎng)水平

血液遍布機體內(nèi)各組織器官，參與體內(nèi)絕大部分新陳代謝過程，與瘤胃中復(fù)雜的微生物發(fā)酵不同，血液代謝物的波動能夠?qū)崟r反映動物的代謝狀況和營養(yǎng)水平，進而指導(dǎo)科學(xué)的飼養(yǎng)管理。因此，將血液作為代謝組學(xué)的檢測對象來研究反芻動物營養(yǎng)代謝機制是研究者們的首選。Zhang等基于GC-MS代謝組學(xué)比較了過度與適度放牧的綿羊血清中代謝物的組成，鑒定出15種主要的差異代謝物，其中，過度放牧組次黃嘌呤等9種代謝物濃度顯著升高，硬脂酰肉堿等6種代謝物濃度顯著降低，代謝路徑富集分析表明過度放牧組綿羊機體脂肪酸氧化、膽汁酸生物合成以及嘌呤代謝顯著增強，而蛋白質(zhì)的生物合成被抑制。這些差異代謝物以及代謝通路的發(fā)現(xiàn)有助于研究工作者對過度放牧條件下綿羊生長性能下降的分子機制的理解，為科學(xué)放牧提供理論依據(jù)。Zhang等基于GC-MS代謝組學(xué)研究了不同的自然光照時長對絨山羊血漿代謝物的影響，發(fā)現(xiàn)每天接受7 h以下的光照使絨山羊血漿中絲氨酸、草酰乙酸、木糖、左旋多巴和黃嘌呤含量顯著上升，肉毒堿、1,3-二氨基丙烷、吲哚乙酸和L-犬尿酸含量顯著下降，提示短期光照使絨山羊氨基酸分解途徑增強，氮利用率降低。Xu等基于LC-MS代謝組學(xué)探究了奶牛泌乳早期能量負平衡與血漿和乳中代謝譜之間的關(guān)系，結(jié)果表明，血漿與乳中共有9種代謝物相互關(guān)聯(lián)且與能量平衡有關(guān)，主要涉及高血酮癥、脂肪酸氧化和單碳化合物代謝等生理途徑，此結(jié)果為判斷泌乳牛能量平衡狀態(tài)提供新的參考。Guo等分別用甘油和過瘤胃保護的氯化膽堿飼喂因妊娠期限飼而營養(yǎng)不良的母羊，基于LC-MS檢測血液中的代謝產(chǎn)物，結(jié)果表明營養(yǎng)不良導(dǎo)致母羊體內(nèi)脂質(zhì)和氨基酸被動員，引起機體脂質(zhì)代謝、氨基酸代謝和三羧酸循環(huán)紊亂，而日糧添加甘油和過瘤胃氯化膽堿均能抑制這些代謝物的變化，兩者均可緩解妊娠母羊營養(yǎng)不良帶來的負面影響，此項研究也為人類預(yù)防和治療妊娠期間營養(yǎng)代謝疾病提供了參考。

3.2 血液代謝組揭示高效、高產(chǎn)、健康與疾病狀況下的代謝差異

血液代謝物的變化可以與家畜營養(yǎng)狀況、健康體況以及生產(chǎn)性能等表型相關(guān)聯(lián)，為研究反芻動物營養(yǎng)提供新的見解。Clemmons 等基于LC-MS血清代謝組學(xué)發(fā)現(xiàn)硬脂酸、馬尿酸、泛酸鹽和肉堿等代謝產(chǎn)物的相對含量與肉牛的FE顯著相關(guān)，由此可以預(yù)測肉牛的長期飼養(yǎng)狀況。Karisa 等基于NMR代謝組學(xué)技術(shù)探究了肉牛血漿中與生產(chǎn)性能密切相關(guān)的代謝物，篩選出肌酸、馬尿酸和肉毒堿3種與剩余采食量呈顯著正相關(guān)的代謝物，可作為生物標(biāo)志物來預(yù)測牛群采食量信息。Novais等基于LC-MS代謝組學(xué)對比分析了高、低FE 的肉牛血清代謝物，發(fā)現(xiàn)視黃酸、孕酮、硬脂酸、吐葉酸、2,3-二氫黃酮、植酸和檸檬酸等代謝物與肉牛FE顯著相關(guān)，通路富集分析發(fā)現(xiàn)維生素A代謝途徑可能是影響肉牛FE的最關(guān)鍵途徑之一。類似地，Elolimy等基于LC-MS代謝組學(xué)發(fā)現(xiàn)犢牛的生長速度和FE與后腸道所能吸收的維生素和必需氨基酸有關(guān)，高FE組犢牛消化道維生素A、維生素B、維生素B以及部分氨基酸的和合成和轉(zhuǎn)運等途徑顯著上調(diào)，考慮到犢牛自身無法合成某些維生素與氨基酸，造成這些代謝途徑變化的原因可能是犢牛的遺傳背景以及來自母乳的微生物組成不同有關(guān)。值得注意的是，血液和瘤胃中反映高效高產(chǎn)的生物標(biāo)志物組成可能不同，這提示了綜合多組織代謝組學(xué)研究的重要性。由以上研究報道可知，代謝組學(xué)不僅提供了更多調(diào)控FE的生物代謝途徑，也有助于指導(dǎo)我們利用生物標(biāo)志物識別與篩選能高效利用飼料的動物，從而在早期實現(xiàn)更合理的飼養(yǎng)管理。

與傳統(tǒng)的血液生化指標(biāo)相比，代謝組學(xué)表征的小分子物質(zhì)能夠更加系統(tǒng)地反映生理健康狀況。Dervishi等基于GC-MS代謝組學(xué)發(fā)現(xiàn)了奶牛發(fā)生胎衣不下時血清中的23種生物標(biāo)志物，其中生物胺、賴氨酸、乙酰鳥氨酸、天冬氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和磷脂酰膽堿等代謝物的含量在產(chǎn)后胎衣不下的牛群血清中顯著升高。有研究指出，在代謝組學(xué)檢測中，血漿是一種相對更好的材料，血漿從血細胞中分離出來的速度比血清從凝血塊中分離出來的速度快，而且血漿在凝血過程中受到血細胞釋放的代謝物和酶污染的影響較弱，因此，血漿是更常見的代謝組學(xué)檢測材料。Xu等基于H-NMR代謝組學(xué)對患脂肪肝奶牛血漿進行分析，發(fā)現(xiàn)谷氨酸、纈氨酸、瓜氨酸、三甲胺疊氮、β-羥丁酸和丙酮含量顯著升高，而丙氨酸、γ-氨基丁酸、肌酐、天冬酰胺、丙三醇和葡萄糖含量顯著降低，以上代謝物可作為預(yù)測奶牛脂肪肝的生物標(biāo)志物，且由此推測，氨基酸和脂肪酸代謝以及糖異生途徑的紊亂是奶牛脂肪肝時的主要異常代謝特征。Dervishi等基于GC-MS代謝組學(xué)技術(shù)持續(xù)監(jiān)測圍產(chǎn)期患有亞臨床乳房炎的奶牛血漿代謝物的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從產(chǎn)前8周開始血漿中支鏈氨基酸、絲氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和脯氨酸的含量開始顯著升高，且該狀態(tài)持續(xù)至產(chǎn)后8周，此類氨基酸可作為判斷亞臨床乳房炎的生物標(biāo)志物，其參與的氮代謝和蛋白質(zhì)生物合成等途徑的異常變化是奶牛乳房炎早起臨床診斷的有力依據(jù)。奶牛采食黃曲霉毒素污染的飼料后會導(dǎo)致肝功能受損，生產(chǎn)性能下降。Ogunade等基于H-NMR代謝組學(xué)的研究表明，攝入黃曲霉毒素使奶牛血漿丙氨酸、亮氨酸、精氨酸和乙酸濃度顯著降低，氨基酸代謝紊亂，且黃曲霉毒素通過抑制乙醇脫氫酶活性降低肝臟分解乙醇的效率，使血漿中乙醇濃度較健康對照組升高3.56倍，乙醇可作為肝臟損傷的重要標(biāo)志物；該研究還指出，日糧添加鈉基膨潤土可有效緩解黃曲霉毒素引起的肝臟損傷。傳統(tǒng)的研究方法集中于血液生化指標(biāo)，其結(jié)果信息十分有限，而代謝組學(xué)可以發(fā)現(xiàn)并掌握眾多生物標(biāo)志物的變化規(guī)律，不但能指導(dǎo)早期預(yù)防或治療某些營養(yǎng)代謝疾病，還能幫助發(fā)現(xiàn)機體調(diào)控營養(yǎng)代謝的路徑。然而，大多數(shù)基于非靶向代謝組學(xué)所篩選的生物標(biāo)志物都是相對定量的結(jié)果，缺乏絕對定量的數(shù)據(jù)，由于各檢測平臺以及分析手段的不同，這些結(jié)果無法進行有效整合。因此，結(jié)合靶向代謝組學(xué)的精準(zhǔn)研究策略能夠得到更加可靠的結(jié)果。

4 代謝組學(xué)在反芻動物乳成分合成機制研究中的應(yīng)用

4.1 健康或疾病狀況下乳中差異代謝標(biāo)志物

代謝組學(xué)不僅能評估乳及乳制品的品質(zhì)與安全，還可以追溯產(chǎn)奶動物的營養(yǎng)狀況、健康體況和遺傳品系等信息。例如，患亞臨床型乳房炎的奶牛所產(chǎn)的乳中乙酸乙酯和乙酸等揮發(fā)性代謝產(chǎn)物的含量顯著升高?；寂R床型乳房炎的奶牛所產(chǎn)的乳中神經(jīng)酰胺、硫胺素、5-氨基咪唑和膽堿磷酸等10種代謝物存在顯著差異，且通路富集結(jié)果表明，鞘脂類代謝通路被上調(diào)，而硫胺素代謝、嘌呤代謝、甘油磷脂代謝和甲硫氨酸代謝等7條代謝通路被抑制，這些代謝物可以作為篩查和追溯奶牛乳房健康狀況的標(biāo)志物。Tian等先后利用LC-MS和NMR代謝組學(xué)技術(shù)對奶牛熱應(yīng)激造成的亞健康狀況進行了研究，篩選出53種差異代謝物，其中，熱應(yīng)激組乳和血漿中檸檬酸以及檸檬酸鹽的含量顯著升高，可以作為診斷熱應(yīng)激的重要生物標(biāo)志物。最近關(guān)于奶山羊的一項代謝組學(xué)研究也發(fā)現(xiàn)，熱應(yīng)激組的山羊乳中檸檬酸的含量顯著升高，可見熱應(yīng)激反應(yīng)與檸檬酸循環(huán)密切相關(guān)；該研究還發(fā)現(xiàn)另一種重要的生物標(biāo)志物是膽堿，熱應(yīng)激狀況下，乳腺免疫系統(tǒng)中的膽堿能信號通路被激活，刺激乳腺合成大量膽堿，而膽堿的濃度與炎癥反應(yīng)時分泌的急性期蛋白濃度顯著正相關(guān)，由此可以判斷熱應(yīng)激會導(dǎo)致或加重乳房等局部的炎癥反應(yīng)。上述基于代謝組學(xué)的研究揭示了疾病發(fā)生后乳中代謝物的變化規(guī)律，為今后利用生乳快速檢測與判斷產(chǎn)乳家畜是否處于亞健康或疾病狀況并及時采取相應(yīng)的預(yù)防與治療措施提供了重要的理論依據(jù)。

4.2 基于代謝組學(xué)研究營養(yǎng)干預(yù)對乳成分及乳品質(zhì)的影響

營養(yǎng)干預(yù)是調(diào)控產(chǎn)奶量及乳品質(zhì)的有效手段，借助代謝組學(xué)技術(shù)可以更全面地揭示日糧對產(chǎn)乳的影響機制。例如，飼喂不同類型的牧草或全混合日糧，對奶牛瘤胃液和乳中代謝物組成影響顯著，基于代謝組學(xué)的結(jié)果顯示，二甲砜和馬尿酸可能是乳中區(qū)分不同飼喂方式的生物標(biāo)志物。飼喂不同品質(zhì)的農(nóng)副產(chǎn)品對產(chǎn)奶量和乳品質(zhì)也會造成影響，Sun等分別以優(yōu)質(zhì)苜蓿草和玉米秸稈飼喂奶牛，基于GC-MS代謝組學(xué)技術(shù)檢測乳中的差異代謝物，結(jié)果表明，以玉米秸稈為主的日糧顯著下調(diào)了泌乳過程的3個代謝節(jié)點(丙酮、葡萄糖和氨基酸)的代謝物濃度，且發(fā)現(xiàn)馬尿酸是乳品質(zhì)降低的生物標(biāo)志物，乳中馬尿酸含量升高可能與營養(yǎng)攝入不足或肝功能損傷有關(guān)。霉菌污染嚴重影響乳品質(zhì)，尤其對于黃曲霉毒素攝入后乳中生物標(biāo)志物的鑒定迫切需要，研究發(fā)現(xiàn)攝入黃曲霉毒素主要改變了乳中苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成以及精氨酸、脯氨酸代謝等途徑，乳中氨基酸代謝紊亂是黃曲霉中毒的重要標(biāo)志。代謝組學(xué)有利于研究工作者更深入地認識霉菌毒素對反芻動物的危害，并從微觀指標(biāo)評估霉菌毒素污染對乳品質(zhì)以及人類健康的威脅?；诖x組學(xué)對泌乳生理過程進行全面追蹤，進而破譯調(diào)節(jié)產(chǎn)奶量及乳品質(zhì)的生物學(xué)過程，是當(dāng)代全球奶業(yè)發(fā)展的新驅(qū)動。

4.3 追溯乳品來源

利用代謝組學(xué)可以檢測不同來源的乳中特定的小分子物質(zhì)，將有助于追溯乳品來源、鑒定乳品安全與品質(zhì)以及評估乳制品加工方法的合理性。Caboni等基于LC-MS代謝組學(xué)比較了綿羊和山羊乳中代謝物的組成，結(jié)果顯示，綿羊乳中含有較高水平的檸檬酸、甘油酸、α-酮戊二酸、阿拉伯糖醇、肌醇和甘氨酸，而山羊乳中的亮氨酸、焦谷氨酸、纈氨酸、甘露糖-6-磷酸鹽、異麥芽酮糖和巖藻糖含量較高。Scano等基于LC-MS代謝組學(xué)發(fā)現(xiàn)羊奶和牛奶中糖類 (主要包括:葡萄糖、果糖、核糖、塔羅糖)和氨基酸(甘氨酸、纈氨酸等)的含量存在顯著差異，并根據(jù)此結(jié)果，結(jié)合多元回歸統(tǒng)計學(xué)方法，將含有5%牛奶的羊奶與純羊奶成功區(qū)分開。另一項研究基于LC-MS代謝組學(xué)比較了3種不同品種的水牛乳中代謝物組成，結(jié)果顯示與脂肪酸合成和甘油三脂代謝有關(guān)的11種代謝物在3種乳中存在顯著差異，由此推測脂類代謝不同可能是區(qū)分不同牛乳成分的重要依據(jù)。與之類似，Murgia等基于LC-MS代謝組學(xué)比較了由綿羊奶和山羊奶發(fā)酵制成的酸奶，發(fā)現(xiàn)兩種不同來源的酸奶中氨基酸及其衍生物、有機酸和糖類等的含量具有顯著差異，且由山羊奶發(fā)酵制成酸奶的過程中小分子物質(zhì)變化更顯著，營養(yǎng)價值更高。綜上所述，代謝組學(xué)是研究乳及乳制品生產(chǎn)和變化內(nèi)在機制的重要手段，將有助于改善反芻動物產(chǎn)品的生產(chǎn)流程。值得注意的是，盡管代謝組學(xué)在乳及乳制品研究中存在明顯的優(yōu)勢，可以直觀地將代謝物與生理功能聯(lián)系，但乳及乳制品生產(chǎn)涉及到基因、轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)翻譯和代謝物等不同水平的共同參與，因此，為更清楚地了解代謝物與乳品質(zhì)的關(guān)系，需要借助多組學(xué)技術(shù)(基因組學(xué)、宏基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)等)聯(lián)合分析，這可能是未來乳品科學(xué)研究領(lǐng)域的必然趨勢。

5 代謝組學(xué)在反芻動物肉品質(zhì)研究中的應(yīng)用

肌肉代謝產(chǎn)物是決定肌肉生理特性和肉品質(zhì)性狀的主要因素，利用肌肉代謝組學(xué)能識別潛在的調(diào)控肉質(zhì)的生物標(biāo)志物從而揭示肉質(zhì)發(fā)生變化的機制。肌肉代謝物受動物的品種、生長發(fā)育狀況、飼養(yǎng)模式、部位、宰后肉類氧化作用以及加工生產(chǎn)等過程的影響，例如，就品種而言，基于GC-MS代謝組學(xué)可以通過區(qū)分不同物種(肉牛、豬、雞)的肌肉代謝物所存在的差異，進而鑒定肉制品來源。Jeong等基于NMR代謝組學(xué)的研究表明，癸酸和谷氨酰胺的含量差異可能是區(qū)分荷斯坦奶牛和日本和牛肉的重要依據(jù)，從而為鑒別肉類摻假提供幫助。就部位而言，Ma等基于LC-MS代謝組學(xué)研究了牛不同部位的肌肉品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)背最長肌中脂乙酰-肉堿、肌肽和鵝肌肽的含量顯著高于半膜肌和腰大肌，其中肉堿的分解代謝產(chǎn)物蘋果酸是維持肉色穩(wěn)定的重要物質(zhì)，而肌肽和鵝肌肽都可以通過螯合過渡金屬元素表現(xiàn)出抗氧化活性，由此判斷背最長肌具有更佳的肉品質(zhì)與抗氧化能力。類似的一項基于LC-MS靶向代謝組學(xué)的研究也表明，屠宰后的牛背最長肌和腰大肌的能量代謝模式不同，有22種與能量代謝相關(guān)的代謝物在兩種肌肉中存在顯著差異，相較于背最長肌，腰大肌存在更強的三羧酸循環(huán)，其氧化作用也更加劇烈，因此推測背最長肌肉品質(zhì)更穩(wěn)定也更易貯存。Subbaraj等基于LC-MS代謝組學(xué)的研究表明，屠宰后羊肉肉色的穩(wěn)定性與煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NADH)、左旋-蛋氨酸、磷酸糖、?；撬岷网B苷-蘋果酸絡(luò)合物等具有抗氧化功能的內(nèi)源性代謝產(chǎn)物有直接關(guān)系。宰后肉類發(fā)生的氧化作用導(dǎo)致肌肉品質(zhì)下降，Muroya 等追蹤了雜交閹牛背最長肌中的代謝物在宰后14 d內(nèi)的變化過程，發(fā)現(xiàn)膽堿、煙酰胺和硫胺素等含量隨時間推移發(fā)生顯著變化。另一項基于代謝組學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，肌肉中亮氨酸含量與宰后時間呈正相關(guān)，而肌酸含量與宰后時間呈負相關(guān)，二者可作為肌肉老化的生物標(biāo)志物，以上研究表明代謝組學(xué)有助于按氧化時間對肌肉樣品進行分類。

飼養(yǎng)模式是影響反芻家畜肉品質(zhì)的重要因素，Carrillo等基于LC-MS和GC-MS代謝組學(xué)綜合分析的結(jié)果表明，高精料飼喂的安格斯牛背最長肌中n-3 PUFA含量低于高粗料組，而n-6 PUFA含量高于高粗料組，且部分呈味氨基酸(如谷氨酸等)的含量低于高粗料組，該研究還發(fā)現(xiàn)高粗料組肌肉皮質(zhì)醇水平較低，表明該組牛受到的應(yīng)激較小，而應(yīng)激反應(yīng)也是導(dǎo)致肉品質(zhì)下降的關(guān)鍵因素。Wang等基于代謝組學(xué)比較了舍飼和人工草場放牧兩種育肥模式下灘羊肌肉代謝物的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)放牧組羊肉中谷氨酸、脯氨酸、ALA和肉堿含量顯著升高，而組氨酸、花生四烯酸、亞油酸、肌肽和肌酐含量顯著降低，上述差異代謝物主要參與了氨基酸和脂質(zhì)代謝，且均與羊肉的營養(yǎng)功效和風(fēng)味有關(guān)，表明放牧的灘羊肉具有更好的營養(yǎng)價值與肉品質(zhì)。該研究將LC-MS非靶向與靶向代謝組學(xué)相結(jié)合，其目的是以靶向代謝組學(xué)來驗證和拓展非靶向代謝組學(xué)的結(jié)果，從而更深入和全面理解肌肉中代謝物的變化規(guī)律。綜上，肌肉代謝組學(xué)是肉類質(zhì)量分析和品質(zhì)鑒定的有力工具，有望在改善動物肉品質(zhì)及探究其分子機理方面提供幫助。值得注意的是，與肉品質(zhì)相關(guān)的生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)多是基于非靶向代謝組學(xué)的相對定量結(jié)果，而可以絕對定量的靶向代謝組學(xué)數(shù)據(jù)才可以用于制定判斷肉品質(zhì)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。因此，基于代謝組學(xué)得到的影響肌肉理化特性的生物標(biāo)志物如何開發(fā)利用，其含量標(biāo)準(zhǔn)如何制定等問題都有待進一步解決。

6 小結(jié)與展望

目前，代謝組學(xué)在營養(yǎng)代謝研究中的應(yīng)用大致分為兩大主題: 篩選生物標(biāo)志物和發(fā)現(xiàn)生理機制。鑒于此，本文從反芻動物營養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域綜述了近5年來以瘤胃、血液以及乳和肉類等為目標(biāo)的代謝組學(xué)研究進展，例舉了不同生理狀況下的瘤胃、血液、乳和肉類中的生物標(biāo)志物，并基于代謝組學(xué)結(jié)果探討了營養(yǎng)代謝的部分機制，為反芻動物的科學(xué)飼養(yǎng)、健康和高效生產(chǎn)及乳、肉品質(zhì)的改善提供參考。代謝組學(xué)技術(shù)的整體性和動態(tài)性等特點與機體營養(yǎng)物質(zhì)的代謝特點一致，從而有助于推動反芻動物營養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展。但目前還存在一些限制因素：一方面，僅憑借一種檢測手段很難同時收集到所有代謝物的數(shù)據(jù)，隨著時間的推移，現(xiàn)有的已知代謝物列表也需要不斷添加與更新更多的代謝物信息；再者，代謝組學(xué)所獲得的代謝物往往種類繁多，若要更進一步篩選和挖掘所關(guān)注的信息，就需要具備扎實的生物信息學(xué)技能，借助數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)和生物化學(xué)等手段，利用全面而準(zhǔn)確的生物信息數(shù)據(jù)庫，進行多學(xué)科之間的交叉關(guān)聯(lián)。因此，構(gòu)建更完善的檢測與分析技術(shù)平臺，同時提高研究者自身的科研能力，將有助于代謝組學(xué)在反芻動物營養(yǎng)研究領(lǐng)域取得更大突破。

隨著微生物組學(xué)、宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和金屬組學(xué)等技術(shù)的發(fā)展，多組學(xué)聯(lián)合分析已成為新的研究趨勢。從基因到表型的衍化過程涉及多條代謝途徑，其中消化道微生物的參與使代謝機制更加復(fù)雜，將代謝組學(xué)與微生物組學(xué)相結(jié)合，從微生物代謝角度揭示復(fù)雜的營養(yǎng)代謝機制，是當(dāng)前研究的熱門思路。希望后續(xù)通過多組學(xué)技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，能夠更有效地進行數(shù)據(jù)整合，進一步拓寬研究者的視野，更好地推動系統(tǒng)生物學(xué)的發(fā)展。