何苗--药物代谢组学研究进展

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药物代谢组学研究进展
学生:何苗 学号:10660s100118
代谢组学(metabonomics)是以组群指标分析为基础,以高通量检测和数据处
理为手段,以信息建模与系统整合为目标的系统生物学的一个分支,是继基因组
学、转录组学、蛋白质组学后系统生物学的另一重要研究领域,随着代谢组学的
发展,Clayton等。于2006年提出了”药物代谢组学” (pharmaco metabonom ics)
的概念:以代谢组学为平台,通过给药前生物样本的代谢轮廓分析预测给药后的
药物反应表型,即以动物给药前尿液代谢物所包含的信息,预测个体对药物的代
谢和毒性反应的差异。药物代谢组学是代谢组学的进一步发展,是代谢组学技术
与医药学研究有机结合的产物。

1 代谢物组学与药物代谢组学的区别
代谢物组学metabonomics是研究机体代谢产物谱变化的一种新的系统方法.
药物代谢组学Metabolomics研究的是一个细胞或细胞类型中所有的小分子成分,
而metabonomics则是通过分析生物体液和组织来对完整的生物体(而不是单个
细胞)中随时间改变的代谢物进行检测、确定、定量和分类;然后将这些代谢轨
迹与病生理过程中的生物学事件关联起。

药物代谢组学是在系统生物学的背景下,以代谢组学技术,特别是样品分析
和多维数据处理技术为平台,对个体的药物反应表型进行预测以实现未来个性化
治疗为目标的新的组学思想。药物代谢组学通过给药前生物样本的代谢轮廓分
析,预测可以采用的药物治疗方案以及药物反应,在治疗过程中随疾病的不同表
型进行针对性的药物治疗,并按疾病不同进程调整药物剂量、甚至药物的种类。

药物代谢组学是药物代谢研究的新前沿热点也是现代分析技术在药物代谢
研究中应用的一个好的事例它将现代分析技术NMR,LC-NMR,LC-NMR-MS
和数据处理技术与药物代谢研究相结合,为药物分析学科开创了一个崭新的研究
领域。

2 药物代谢组学分析的流程
完整的代谢组学分析的流程包括样品的制备、数据的采集和数据的分析及解
释。样品的制备包括样品的提取、预处理和化合物的分离。代谢物通常用水或有
机溶剂(甲醇、己烷等)提取。分析之前,常先用固相微萃取、固相萃取、亲和色
谱等方法进行预处理,用气相色谱、液相色谱、毛细管电泳等方法进行化合物的
分离。预处理后,样品中的代谢产物需要通过合适的方法进行测定。

3 药物代谢组学的分析技术
色谱、质谱、磁共振、红外光谱、库仑分析、紫外吸收、荧光散射、放射性
检测、光散射等分离分析手段及其组合都在代谢组学的研究中得到应用。其中,
核磁共振(NMR)技术特别是氢谱以其对含氢代谢产物的普适性,色谱以其高分
离度、高通量,质谱(MS)以其普适性、高灵敏性和特异性而成为最主要的分
析工具。
3.1 核磁共振技术
核磁共振(nuclearmagnetic resonance,NMR)是有机结构测定的四大谱学之一,
作为一种分析物质的手段,由于其可深入物质内部而不破坏样品,并具有迅速、准
确、分辨率高等优点而得以迅速发展和广泛应用。在代谢组学发展的早期,NMR
技术被广泛应用在毒性代谢组学的研究中。NMR的优势在于能够对样品实现无
创性、无偏向的检测,具有良好的客观性和重现性,样品不需要烦琐处理,具有较
高的通量和较低的单位样品检测成本。此外,1H-NMR对含氢化合物均有响应,
能完成样品中大多数化合物的检测,满足代谢组学中的对尽可能多的化合物
进行检测的目标。
3.2 气相色谱-质谱联用技术
在代谢组学的研究中,气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术在植物代谢组学、
诊断代谢组学、药物毒理等领域有广泛的应用。有研究表明,采用GC-MS来检
测大鼠尿样中内源性的代谢产物可以检测出49种,并且有26种代谢产物的检测
可以达到定量标准。GC-MS在植物代谢组学的研究中最为广泛。它的优势在于
能够提供较高的分辨率和检测灵敏度,并且有可供参考、比较的标准谱图库,可以
方便地得到待分析代谢组分的定性结果。局限性表现在GC只能对其中的挥发性
组分实现直接分析,从而得不到体系中难挥发的大多数代谢组分的信息。
3.3 液相色谱-质谱联用技术
代谢组学研究所用到的三大分析技术中,液相色谱-质谱(LC-MS)联用技术可
以说是最晚在代谢组学领域得到开发与利用的,由于LC-MS联用技术本身的强
大优势,及其与NMR技术和GC-MS联用技术的互补性,虽然起步较晚,但它
的发展速度及应用频率正在大大提高中。LC-MS和GC-MS联用技术都可以同时
检测出数百种化合物,包括糖类、有机酸、氨基酸、脂肪酸和大量植物的次级代
谢产物。但是GC-MS技术需要先对样品进行衍生化预处理,这一步骤耗时而且
容易引起样品的变化。而LC-MS技术不受此限制,其与NMR相比又具有经济实
用的优点,适用于那些热不稳定、不易挥发、不易衍生化和相对分子质量较大的
物质。
4 国内药物代谢组学研究状况
药物代谢组学相对于其他组学而言还是一门较新的组学,不过已经显示了其
在药物发现过程中的巨大潜力,它可以在药物发现过程的前期就能识别药物的毒
性,避免了药物发现过程中的损耗。药物代谢组学研究有希望成为新药发现与研
发过程的一个必需部分。药物代谢组学的出现,特别在药物安全性研究中的应用,
认为该新兴的学科分支会对药物安全性研究产生革命性的影响。2007年12月在
天津开发区召开的“环渤海生物医药发展前沿论坛”已代谢组学为主题。探讨了
我国开展相关研究的方向,为建立国内和国际的合作交流奠定了基础。
目前我国已基本具备应用药物代谢组学开展中药相关问题研究的基本条件。
已经建立了用于药物代谢组学研究的基于NMR和色谱一质谱联用技术的技术平
台,拥有对微量化合物和代谢产物进行结构鉴定和分析的能力。开展了使用化学
计量学和生物信息学方法解决代谢组学问题的研究。配置了进行药物代谢组学研
究所需要的基本仪器设备。这些条件都为开展基于药物代谢组学的中药现代化研
究和进行国内外同行间的合作交流提供了良好的基础。
5 药物代谢组学研究展望
药物代谢组学可在药物的临床前评价中发挥更加重要的作用,为今后临床个
性化治疗的开展积累经验,如筛选合适的实验动物和可靠的动物模型、在多重因
素中寻找和鉴别影响药物效应或毒性的关键因子,以及推断能够用于预测个体反
应的新的生物标志物(biomarkers),这些都将利于个性化治疗中的疾病预测、诊
断及治疗评价。当然,要将药物代谢组学方法从药理模型延伸至临床,仍面临着
许多的问题。首先,与实验动物最大不同的是人类所具有的遗传学上的多样性;
其次,各种环境因素诸如饮食、生活方式、社会,以及心理因素等都会影响人的
代谢表达谱(metab01ite expression pmfile)。
展望药物代谢组学研究,需要在以下3方面获得突破。才能显示其学科的巨
大意义。1)高通量、高灵敏、高分辨的分析手段与代谢物定性识别相结合的代谢
物谱的研究。2)制定药物代谢物组数据的标准和构建其数据库和专家系统。3)与
基因组学、蛋白组学、转录组学等结合,获得从基因到表型的完整认识。这些问
题的解决,有待于进一步的实验研究和大范围的流行病学代谢表达谱的建立,同
时包括药物代谢组学方法学本身的进步和完善。
参考文献
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