代谢组学及其在阿尔茨海默病中的应用

NatCommun：阿尔茨海默病是一种代谢病，又添新证阿尔茨海默病（AD）的三个主要风险因素：年龄、APOE ε4和性别（点击了解更多~），都对代谢有很大的影响，提示AD可能是一种代谢疾病。

近年来，高通量代谢组学技术的发展使得同时检测机体内上百种的代谢物成为可能，并且也发现了与以上三种风险因素相关联的代谢物。

有研究发现这些受年龄、APOE ε4和性别影响的代谢物在AD中似乎可以独立于这些风险因素发生改变。

在AD和代谢物关系的研究中，大部分都将性别和APOE ε4作为协变量用于校正，然而，AD 和代谢物之间的关联是否会因为性别和APOE ε4状态的不同而不同呢？该项研究使用了阿尔茨海默病神经影像学计划（ADNI）队列中的代谢组学数据，通过分析性别和APOE ε4状态与A-T-N生物标志物（A：CSF Aβ1–42水平；T: CSF p-tau 水平；N：脑葡萄糖摄取（FDG-PET））的关联，对这一问题进行了解答。

图1. 研究基本原理图（A）和流程图（B）该研究使用了CSF生物标志物、FDG-PET和139个代谢物的血清代谢组学数据来研究性别和AD与代谢作用的关系。

在1517个ADNI 参与者中，1082个有CSF Aβ1–42 和p-tau数据，1143个有FDG-PET数据。

既往研究已经报道了很多和APOE位点相关的代谢物并且发现了一些血液代谢物和AD生物标志物之间校正性别影响后依然存在的显著关联。

此次研究主要为以往研究补充并解答以下三个问题（图1）：（1）外周代谢物的性别差异是因为AD发生而出现的吗？（2）代谢物与A-T-N生物标志物之间的关联会因性别而改变吗？（3）一些代谢物和A-T-N标志物的关联在不同性别间可能存在差异，APOE ε4状态是否会进一步影响这种关联?AD的代谢性别差异无明显变化该研究首先检测了139个血液代谢物水平的性别差异在AD患者、MCI患者和认知正常参与者中是否不同。

代谢组学指导的阿尔茨海默症生物标记物发掘随着人口老龄化现象的不断加剧，阿尔茨海默症已经成为了全球面临的一个严重问题。

然而，目前对于阿尔茨海默症的治疗尚无法取得显著进展。

这其中最主要的原因在于我们对于阿尔茨海默症的发病机制尚不清楚。

近年来，随着代谢组学的兴起，越来越多的学者开始从分子层面上研究阿尔茨海默症。

代谢组学指导的阿尔茨海默症生物标记物的发掘将会成为未来阿尔茨海默症诊断和治疗方案的重要组成部分。

1. 代谢组学在阿尔茨海默症研究中的应用代谢组学是一种全面地研究生物体内代谢过程的新型技术，它通过测量生物体内分子组分，以及它们相互之间的作用，来深入揭示生物体内机制的变化以及与疾病发生的关系。

代谢组学表述了代谢谱的组成，这种方式是全面、高通量的数据获取方式。

这种技术不仅可以用来深入研究生物体内代谢途径以及生物化学反应，还可以用于寻找生物标记物，即表明生物体内疾病发生或进展的分子标记。

在阿尔茨海默症研究中，代谢组学的应用主要有两方面。

一方面，代谢组学可以通过快速筛选多种生物标记物，进而就阿尔茨海默症的诊断和治疗进行更加深入的研究；另一方面，代谢组学也可以帮助我们深入研究阿尔茨海默症的发病机制以及预测阿尔茨海默症的进程。

2. 代谢组学指导的阿尔茨海默症生物标记物阿尔茨海默症的确诊是通过对患者的认知能力、行为能力以及日常生活能力的评估所确定的。

然而，这种方法往往过于主观而不够准确。

在过去的几十年中，学者们致力于发现生物标记物以更为准确地确定阿尔茨海默症的诊断和预测。

在这一过程中，代谢组学成功发现了一系列的阿尔茨海默症生物标记物。

例如，代谢组学可以检测到该病发生时环氧类脂质代谢通路中的代谢物谷胱甘肽、粉红波尔多色素和牛磺酸代谢途径中的苏氨酸、胱氨酸等。

此外，代谢组学还可以通过测量体内糖代谢，血管紧张素代谢等通路中的特定代谢物等，进一步发现阿尔茨海默症发病过程中所涉及到的代谢通路，从而挖掘出一系列有可能成为阿尔茨海默症诊断和治疗的生物标记物。

中医药防治阿尔茨海默病的代谢组学研究
李全;张健;王琪;周妍妍
【期刊名称】《中医学报》
【年(卷),期】2022(37)4
【摘要】基于代谢组学技术,依据阿尔茨海默病的氨基酸代谢、脂质代谢、神经递质类代谢、肠道菌群代谢、能量代谢等代谢途径,归纳整理定志小丸、补阳还五汤、开心散、恒清Ⅱ号方等5种中药复方,人参皂苷Re、丹参提取物、益智仁提取物、黑水缬草提取物、白藜芦醇、五味子木脂素、五味子多糖、蛇床子素、巴戟天低聚糖、灯盏花素等10种中药提取物,以及人参皂苷-远志皂苷1组中药药对在防治阿
尔茨海默病中的代谢组学实验研究,以探究中药对阿尔茨海默病相关代谢标记物的
调控作用,发现了色氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸、胆固醇、花生四烯酸、神经鞘氨醇、溶血磷脂酰胆碱等多种与阿尔茨海默病相关的潜在代谢标记物。

【总页数】7页(P728-734)
【作者】李全;张健;王琪;周妍妍
【作者单位】黑龙江中医药大学附属第一医院;黑龙江中医药大学基础医学院
【正文语种】中文
【中图分类】R277.7
【相关文献】
1.代谢组学方法在中医药防治慢性肝病研究中应用的思考
2.中国药理学会理事长杜冠华教授出席代谢组学与中医药现代研究学术论坛暨第二届中荷代谢组学国际合作
培训班并做专题报告3.基于代谢组学探讨中医药防治痛风的研究思考4.基于1H-NMR血清代谢组学的阿尔茨海默病肾虚精亏证生物学机制及地黄饮子的干预作用研究5.基于1H-NMR血清代谢组学的阿尔茨海默病肾虚精亏证生物学机制及地黄饮子的干预作用研究
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代谢组学技术在代谢疾病中的应用随着生物技术的不断发展，生命科学的研究也在向更为深入的方向发展。

其中，代谢组学技术作为一种能够全面解析生物体内代谢产物的新型技术，正在逐渐成为代谢疾病研究的重要手段。

本文将从代谢组学技术的基本原理、代谢组学技术在代谢疾病研究中的应用及其前景等几个方面进行探讨。

一、代谢组学技术的基本原理代谢组学技术是在代谢组学理论的指导下，使用多种分析技术对生物体内所有代谢产物进行全面解析的技术。

代谢组学技术主要包括代谢物分析技术、代谢物成像技术和质谱成像技术等。

其中，质谱成像技术是目前最常见的代谢组学技术之一。

质谱成像技术可以快速、精确地分析生物体内所有代谢物，通过分析我们可以了解生物体内代谢过程中的分子变化和代谢产物的动态分布状况。

质谱成像技术可以通过将样品制成薄片或组织切片，然后使用质谱仪对样品进行扫描，获取样品中不同代谢产物的质谱信号。

该技术具有高通量、无损、高分辨率等优点，已经成为了代谢组学研究的重要手段之一。

二、代谢组学技术在代谢疾病研究中的应用代谢疾病是一种由代谢异常导致的疾病，如糖尿病、肥胖症、高血压等。

这些疾病的发生和发展通常与脂肪代谢、葡萄糖代谢、能量代谢等紊乱有关。

因此，代谢组学技术可以应用于代谢疾病的研究，为代谢疾病的诊断和治疗提供一定的理论与实验依据。

1. 全身代谢偏离代谢组学技术可以通过全面分析代谢物组成，快速、准确地评估人体的代谢偏离程度。

这一点对于代谢性疾病的诊断十分重要。

例如，代谢组学分析可以快速评估糖尿病、肥胖症、高血压等代谢疾病的发生与发展。

2. 体内代谢产物的动态变化代谢组学技术可以根据代谢产物分布的动态变化来评估疾病的进展，从而明确治疗方案。

例如，在临床病例中，代谢组学技术可以分析动物模型的动态代谢组成及其变化，获得相关信息并根据这些数据进行治疗方案的调整。

3. 药物治疗的副作用分析代谢组学技术可以通过分析疾病患者体内代谢产物的变化，进行药物治疗的副作用分析。

代谢组学技术在基础医学研究中的应用代谢组学技术是一种集成生物信息学、生物化学和统计学的高通量分析技术，该技术通过同时检测和分析生物体内数千种小分子代谢物，以评估生物体内代谢网络的变化。

自从20世纪发现肥胖症和糖尿病等代谢疾病与代谢紊乱相关后，人们意识到代谢组学技术在医学研究中的应用前景。

1. 代谢组学技术在早期疾病检测中的应用代谢组学技术可应用于早期疾病的检测和预测，其强大的分析能力可以揭示生物体内代谢网络的变化、生物体状态的转变以及发生的疾病情况。

例如通过代谢组学技术分析脑脊液代谢物可鉴别不同神经系统疾病，并且可以识别早期阶段的阿尔茨海默病。

另外代谢组学技术在胰腺癌、乳腺癌、肺癌等多种癌症的早期筛查中，也有着广泛的应用和巨大的前景。

2. 代谢组学技术在基因组学研究中的应用代谢组学技术可以揭示基因对代谢变化的影响，与基因组学、转录组学、蛋白组学等技术相结合可以全面了解生物命运的变化和生物学特征。

与小鼠模型的研究相比，通过代谢组学技术可以更好地了解人类体内代谢网络的变化。

配合转录组学研究，可以更好地评估不同组织或群体的代谢变化。

3. 代谢组学技术在药物开发中的应用新药研究开发是一个漫长且繁琐的过程，抑制或增强代谢物和小分子的生物学作用是许多药物的目标。

通过对代谢物的定量检测和定性分析，代谢组学技术可以在新药研制前期帮助筛选潜在药物成分。

在新药研发后期，代谢组学技术也可以帮助了解药物的代谢途径以及药物副作用的发生机理。

4. 代谢组学技术在营养学研究中的应用代谢组学技术可以评估食物对人体代谢网络的调节效应，以及饮食习惯和营养素的摄入与人体健康的关系。

如在肠道微生物研究中，代谢组学技术可以研究单个微生物种属或群体对宿主代谢的影响，揭示肠道微生物生物学的重要性。

通过代谢组学技术分析不同群体（例如老人、儿童等）的代谢谱，可以了解人体不同年龄段的代谢变化，包括食物吸收、能量消耗和生理特征等。

总结代谢组学技术在医学研究中的应用可谓方方面面，不仅在早期疾病诊断、药物开发中具有重要价值，也可以在营养学研究、肠道微生物研究、基因组学研究等领域得到广泛应用。

阿尔茨海默病是一种由神经退行性疾病引起的智力衰退和认知能力损害的疾病。

目前，随着生物医学领域的发展，科研人员不断探索和研究阿尔茨海默病生物学标志物的应用，以期能够早期发现、准确诊断和有效治疗该疾病。

1. 什么是阿尔茨海默病生物学标志物阿尔茨海默病生物学标志物是指在阿尔茨海默病患者的生物标本中能够直接或间接反映疾病病理生理状态的生物分子，包括蛋白质、基因、代谢产物等。

这些标志物在疾病的发生发展过程中起着重要作用，能够提供早期诊断、病情分期、预后判断和疾病治疗效果监测等信息。

2. 阿尔茨海默病生物学标志物的种类及特点目前关于阿尔茨海默病的生物学标志物已有较为全面的研究，主要包括以下几类：（1）淀粉样蛋白及其代谢产物：淀粉样蛋白是构成阿尔茨海默病核心病理生理学特征的蛋白，其在脑内的沉积是导致神经元损伤的直接原因。

因此研究人员通过检测淀粉样蛋白及其代谢产物在患者体内的水平，能够为阿尔茨海默病的诊断和疾病进展提供重要参考。

（2）磷脂和脂质代谢产物：磷脂和脂质代谢的异常与阿尔茨海默病的发生发展密切相关，研究人员发现，患者体内磷脂和脂质代谢产物的水平变化与疾病的临床表现呈现一定的相关性，因此这类生物标志物也成为了研究的热点之一。

（3）炎症标志物：研究表明，慢性炎症在阿尔茨海默病的发病过程中发挥着重要作用，炎症标志物的变化可能与疾病的病理生理过程密切相关。

在阿尔茨海默病的研究中，炎症标志物也受到了广泛的关注。

3. 阿尔茨海默病生物学标志物在临床应用中的意义阿尔茨海默病生物学标志物的发现和应用为阿尔茨海默病的早期诊断、病情监测、药物研发和治疗提供了重要依据。

通过对病人体内生物标志物的检测和分析，能够及时发现病情变化，指导临床治疗方案的制定，提高治疗的效果和预后。

4. 阿尔茨海默病生物学标志物的局限性和挑战目前，阿尔茨海默病生物学标志物的研究及应用还存在一些局限性和挑战，主要包括以下几点：（1）标志物的特异性和敏感性：目前已发现的阿尔茨海默病生物学标志物在疾病的早期诊断和病情监测中存在一定的特异性和敏感性问题，不能完全满足临床诊断和治疗的需求。

代谢组学在生物医学研究中的应用代谢组学是系统生物技术中的一个新兴分支，它运用化学和生物学技术，分析细胞、组织或生物体中代谢产物及其在响应环境因素和疾病状态下的变化规律，以便于阐述生物系统的结构和功能关系，进而为临床诊断和治疗提供基础。

下面我们将分别从代谢组学的技术和应用角度对其进行简述。

代谢组学的技术代谢组学所用的技术主要有核磁共振、气相色谱-质谱联用、液相色谱-质谱联用和毛细管电泳等。

其中液相色谱-质谱联用应用最为广泛，这种方法能够将样品分离出不同的代谢产物，并对每个代谢产物进行精确的计量，从而揭示生物体内产物之间的关系和通透性，也可以识别并鉴定代谢产物的组成成分。

代谢组学的应用代谢组学在生物医学研究中的应用十分广泛，主要有以下几个方面：一、疾病诊断代谢组学可以通过比较正常状态和患病状态下的代谢组成成分差异，寻找相关代谢物，从而为疾病的早期诊断提供指导。

举例来说，人类的脑脊液中可以检测到N-乙酰神经氨酸和谷氨酸等代谢产物的变化，因此，代谢组学技术可用于阿尔兹海默症、帕金森病等脑部疾病的早期诊断。

同样地，肝脏疾病、糖尿病、胃肠道疾病等与代谢物变化密切相关的疾病也可以利用代谢组学技术得到早期预警。

二、药物研发代谢组学技术可为药物筛选、优化提供原理性依据。

通过代谢组学技术，可以快速鉴定药物对代谢物造成的影响，识别出代谢产物的代谢途径，从而找到潜在的药物靶点和治疗靶标，加速药物研发过程。

此外，代谢组学技术还可以用于评估药物在人体中的安全性和有效性。

三、营养生理研究代谢组学技术在营养生理研究领域中也有广泛的应用。

营养干预可以导致代谢产物的转变，从而揭示生物体的代谢途径和生理效应，代谢组学技术可以监测人体代谢产物的变化和相关的代谢途径，为研究人类健康提供有力的手段。

四、环境污染控制代谢组学技术可以对有毒物质或环境污染物质的影响进行检测。

比如，通过检测大肠杆菌的代谢组成分，可以判断环境中是否存在志贺菌毒素，从而为防止肠道疾病提供依据。

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阿尔兹海默症的大脑代谢异常及其影响阿尔兹海默症（Alzheimer's disease）是一种进行性神经系统退化性疾病，主要表现为记忆力丧失、智力下降、情绪障碍和认知能力减退等症状。

该病是老年人的常见疾病，多数情况下呈慢性发展，并且其发病机制尚未完全明确。

然而，研究表明，阿尔兹海默症与大脑代谢异常密切相关。

本文将探讨阿尔兹海默症引起的大脑代谢异常以及其对患者的影响。

一、阿尔兹海默症引发的脑代谢异常阿尔兹海默症患者的大脑代谢异常主要体现在以下几个方面。

1. 葡萄糖代谢异常葡萄糖是大脑的主要能量来源，而阿尔兹海默症患者的大脑葡萄糖代谢异常。

研究发现，患者的大脑葡萄糖摄取、利用和代谢能力明显降低，导致脑细胞能量供应不足，从而影响脑功能的正常运作。

2. 氨基酸代谢异常氨基酸是大脑中重要的代谢物质，参与多种生物活动。

研究发现，阿尔兹海默症患者的大脑氨基酸代谢异常，特别是谷氨酸代谢紊乱。

谷氨酸是一种重要的兴奋性神经递质，在阿尔兹海默症患者中，谷氨酸的合成、释放和清除受到影响，从而干扰了神经递质的正常传递过程。

3. 纤维化和炎症反应阿尔兹海默症患者的大脑容易出现神经纤维缠结和炎症反应。

这些纤维缠结主要由β淀粉样蛋白形成，它们在患者脑部堆积并形成胶质斑块，导致神经元功能受损，从而影响大脑正常的代谢和运作。

同时，炎症反应也会破坏神经系统的平衡，进一步加剧了阿尔兹海默症患者的大脑代谢异常。

二、大脑代谢异常对患者的影响阿尔兹海默症引发的大脑代谢异常对患者产生了严重的影响。

1. 记忆和认知功能下降大脑代谢异常导致脑细胞能量供应不足，这对于记忆和认知功能至关重要。

阿尔兹海默症患者常出现记忆力减退、注意力不集中、语言困难和思维迟缓等问题，这些都与大脑代谢异常密切相关。

2. 心理和情感问题阿尔兹海默症患者常伴随着心理和情感问题，例如抑郁、焦虑、易怒和情绪波动等。

这些问题可能与大脑代谢异常导致的神经元功能受损和炎症反应有关。