医学代谢组学

1、医学代谢组学香山科学会议综述 代谢组学metabolomics 或 metabonomics是继 基因组学、转录组学和蛋白质组学之后在学术界兴起的又一门新的系统生物学分支 它是通过考察生物体系受刺激或扰动前后如将某个特定的基因变异或环境变化后代 谢产物图谱及其动态变化来研究生物体系的代谢网络的一种技术研究对象主要是针 对分子量1000以下的内源性小分子。与转录组学和蛋白质组学等其他组学比较代谢 组学具有以下优点 基因和蛋白表达的微小变化会在代谢物水平得到放大 代谢组学 的研究不需进行全基因组测序或建立大量表达序列标签EST的数据库代谢物的种类 远少于基因和蛋白的数目生物体液的代谢物分析可反映机体系统的生理和病理状态。 通过代谢组学研究既可以发现生物体在受到各种内外环境扰动后的应答不同也可以 区分同种不同个体之间的表型差异因此在国际医药、动植物、微生物等研究领域内 得到了广泛应用也受到了我国生物医学领域研究者的关注。 香山科学会议日前在 中国科学院大连化学物理研究所召开了主题为“医学代谢组学”的第284次香山科学 会议学术讨论会。本次会议由中科院上海生物工程中心杨胜利、上海肿瘤研究所顾

2、建人、天津药物研究院刘昌孝和中科院上海药物所陈凯先四位研究员担任执行主席 国内数家相关研究机构、大专院校和国外多个从事代谢组学研究的团体近50余位专 家学者应邀参加了本次会议。 杨胜利研究员首先就什么是代谢组学、代谢组学的应 用、代谢组学的发展现状和未来发展趋势等4个问题作了主题评述报告。他指出现今 的生命科学研究成果对代谢物有了更深入的认识他们并不单单是生物体内酶触反应 的中间体或终末产物而是具有结构单元、能量介质、信号分子、神经递质、调控因子、 分子伴侣等诸多功用在生命活动中通过交互作用形成的复杂代谢网络发挥作用。代 谢网络由合成代谢、分解代谢和膜输送体系的有序组合构成处于信号转导网络、基 因调控网络和蛋白质互作网络的下游是基因组、转录组和蛋白质组作用的综合反映 并对上游影响施加反馈调节与生物表型的相关性较高。他还着重对目前代谢组学广 泛使用的技术手段作了概括性描述对基于色谱、质谱和光谱等分析技术的优缺点进 行了比较并对代谢组学应用比较成功的领域内的研究发展现状予以详细阐述。针对 代谢组学在医学研究领域的应用杨胜利研究员在报告的最后指出测试方法和技术的 发展与优化、体液代谢组学研究

3、与细胞生物学和动物模型数据和知识的整合、代谢 组学数据与其他组学数据的整合、代谢组学与计算生物学的整合以及构建代谢网络 和代谢流动态变化的数学模 型等内容在医学代谢组学研究领域内有着广泛应用前 景并需要进一步扩展和深化。 会议中心议题是重大疾病的代谢组学研究药物代谢 组学代谢组学技术平台和代谢组学与系统生物学等。 重大疾病的代谢组学研究 我 国是世界 公认 的肝炎 大国特别是乙型肝炎导致的肝硬化和肝癌正在成为严重威 胁我国人民健康的突出问题。包括肝炎和肝癌在内的肝脏疾病在代谢方面对局部和 全身有影响研究肝与肝病的代谢组学是肝与肝病系统生物学研究的重要组成部分。 只 有 将 代谢 组学 与 功能 基因组学 及 蛋白质组学 的 有机 整合 及其 生物 信息 学 的动态 网络 研究才能完整地认识肝病的发生发展 规律、分子机制及系 统作用。代谢组学研究将对各种疾病包括肝癌、肝炎、肝硬化等的诊治提供新的思路 与防治手段。肝脏作为 人体内最大的和最重要的脏器承担了大部分的合成、分解和 转化等代谢过程某些酶系和功能是肝脏所特有的因此必须从代谢的角度对肝脏和肝病进行系统研究。肝脏与其他脏器之间通过代谢

4、交互作用发生着各种联系这种联系 的基础就是一些常见的小分子化合物或许还有一些尚未被系统认识的未知代谢物作 为发生这种联系的重要途径血液恰恰就是代谢组学研究的基本对象之一。代谢 组学不仅能够将不同肝病患者与正常人进行有效区分而且能够在肝病早期通过代谢 变化对疾病作出预 警和发现新的病变标志物。 与会专家还就代谢组学在个体和群 体差异表征中的效用问题进行了深入探讨。来自新疆医科大学的哈木拉提吾普尔教 授从提升维医药科学内涵的角度表达了他对代谢组学为促进维 医药发展所寄予的 厚望他希望通过代谢组学的系统研究及对相关概念的明确能对维吾尔医药的症、象 说给予更客观的评价标准。围绕国人普遍关心的和对我国人民健康威胁比较严重的 多发、重大疾病各专家还结合自己的专业从方法学选择、研究策略、主攻病种和研究 基础与条件等方面阐述了对如何发挥代谢组学研究的长处等问题展开交流。多数专 家认为代谢组学数据只有与其他相关数据结合应用才能在疾病生理和病理研究中更 具有价值但这同时也对化合物分析和数据分析提出了更高要求。 药物代谢组学 药 物研发领域内特别是西方的药物研发还主要是沿用靶向研发策略致使90的药物仅仅 对

5、30-50的患者有效换言之50-70的患者不但没有从所接受的药物治疗中受益反而要 承担着其所带来的副作用。即便如此最近几年来的现实是新开发并成功上市的药物 越来越少而研发费用却越来越高。未来的发展策略将不仅仅是技术上的突破更在于 观念的变革。 来自荷兰LEIDEN大学的J. van der Greef教授在谈到代谢组学为基础 的系统生物学发展及与未来医药学的联系时提到系统观念已经延伸到物理、生理、 宇宙学等各学科领域。系统观念的核心是注重一个系统内的组织原则和相互关系。 西方医学的发展现在已经开始注重系统病理思想指导下的多层次的对疾病多尺度的 理解系统药物学使人们得以洞察药物影响所带来的机体的动态变化特征。van der Greef教授从系统观念如何改变了西方世界对药物研发策略和医疗保健实践以及系 统观念对医学领域所带来的冲击角度谈了自己对代谢组学的看法。他认为评价药物 对机体的影响时单纯的基因组学、转录组学和蛋白质组学研究对生物体系的表征都 是不完整的代谢组学是系统生物学中不可缺失的一环是最接近生物表型和最能有效 反映细胞个体或群体功能的表征技术。只有将从复杂机体分析得来的代谢组学数

6、据 还原回复杂机体的代谢途径和网络内才能更有意义。随后与会者就疾病与非疾病的 区分所需注意的理论和技术细节展开了热烈的讨论。 中药是中华民族的传统医药 瑰宝但是由于传统的中药方剂多源于个人经验和传统验方可供评价的客观指标较少 因此难以被西方世界接受特别是近几年来所发生的一些中药毒性事件更使西方世界 对中药的安全性提出质疑。中医药现代化的基本任务应是建立能够反映中医药特点 的标准规范并争取成为国际认可的传统医药标准由于代谢组学的出现而看到了曙光。 有位研究员从代谢组学应用于中药研究的可行性、国内开展相关研究条件、中医理 论与代谢组学指导思想的相似性和研究设想方面表达了在中药领域推行代谢组学研 究的设想。该建议得到了中科院大连化学物理所杨凌研究员的积极响应他认为如果 能将湿法的代谢组学分析与干法的数学运算和模拟相结合将赋予代谢组学研究以更 强大的生命力。鉴于中药成分的极端复杂性和中医药现代化的发展需要可以采取不 必一一鉴定所有化合物结构的策略先对中药进行总体药效、毒效等方面的分析。香港赛 马 会中药研究院徐宏喜研究员则建议有必要组织多方面的力量集中对几种或 几个验方进行有代表性的药物代谢组

7、学研究这一提议得到了多数与会专家的赞同。 代谢组学技术平台 代谢组学的分析对象是数量众多、性质各异的有机、无机小分子 到目前为止还没有任何一种单一平台技术能够满足对细胞内所有代谢物成分实现全 组分、无偏向的分析。代谢组学是以高分辨和高通量分析为目的所以对技术平台的 要求很高。 一研究员在将现有的组学技术研究对象加以比较后明确地指出代谢组 学技术所面临的巨大挑战和广阔的发展空间。他从样品采集、预处理、分析方法的选 择和常用的质谱和核磁共振技术的优缺点等方面探讨了代谢组学技术平台发展所面 临的任务和发展方向。他还以自己的工作和感悟出发用详实的数据和丰富的研究成 果再次证实了代谢组学在生命科学和医药技术领域内的作用和地位。来自荷兰的A. Smilde教授还就如何有效利用生物信息学手段处理代谢组学产生的海量数据作了大 会发言。许多组学技术产生的结果和数据之间具有难以重现的问题代谢组学研究必 须要从源头及技术平台发展方面注意类似问题的解决。针对数据分析问题应该吸引 更多的诸如理论物理、理论数学、人工智能等非生物学领域的研究人员加入到代谢 组学研究领域他们的参与将在一定程度上有助于分析结果的科学处

8、理也会在一定程 度上减少结果数据间难以建立客观联系的问题。 代谢组学与系统生物学 人们之所 以在重大疾病研究领域进展缓慢主要原因是过于重视还原论的经典生命科学研究方 式忽视了将分子层面的复杂行为和细胞、组织、器官、个体等不同层面的联系整合起 来进行系统分析。系统生物学研究所有基因、蛋白、代谢物及其之间的关系将小科学 经典实验生物学和大科学组学的研究通过信息技术整合。专家们普遍认为没有 代谢组学的研究系统生物学将显得极不完整。为了研究生命过程这样的复杂系统除 了实验科学的支撑计算生物学也应不断强化。 人体系统生物学研究不能将研究对 象仅限于人体我们的肠道内还存在着数量十倍于人体细胞数目的微生物他们在人体 的健康、疾病、药物代谢等过程中都起着重要作用也应包括 在系统生物学研究的范 围之内。经过数位专家的讨论多数人倾向于代谢组学在肠道菌群与健康方面的研究 成果极有可能使疾病预防领域内的研究首先受益。 专家建议 与会者在如下几个方 面取得了共识 1.代谢组学是进行生物表型研究的主要手段之一是系统生物学研究 不可或缺的重要基础学科之一代谢组学在分析平台技术、方法学手段和应用策略等 方面相对于其他

9、组学技术还需要进一步发展和完善还需要其他学科的配合和介入。 2.鉴于国际洗蛔檠姆故仆方榻耙窖蛔檠毖芯磕扇牍液蜕缁峥沙中沟恼铰缘匚患右钥悸橇腥牍抑谐诳蒲际醴构婊椭卮蠡芯抗壹苹 烧攵晕夜卮蟆叻：蟮募膊】寡芯俊?3.鉴于我国是肝病大国世界范围内 的肝病代谢组学研究还没有大规模的研究计划建议国家应该考虑将“肝病的代谢组 学研究”首先列入重大疾病的代谢组学研究计划。 4.传统中医药学的指导思想与系 统生物学具有相似的地方应该从总体上将中医药学与系统生物学研究进行整合目前 急待解决的是中药种质资源的代谢组学研究和中药体内作用的代谢组学研究有必要 组织一个具有里程碑意义的代表祖国传统医学发展的全国性的中医药学协作代谢组 学研究项目。 5.建议定期举办有关代谢组学的全国性学术交流促进传统医学、个性 化医学和系统生物学的发展以保持代谢组学与世界先进水平的同步性避免丢掉已有的优势。 作者韩存志 杨炳忻 来源科学新闻 作者单位:中国科学院香山科学会议办 公室 代谢组学metabolomics 或 metabonomics是继基因组学、转录组学和蛋白质组 学之后在学术界兴起的又一门新的系统生物学分支它是通过考察生物体系受刺激或 扰动前后如将某个特定的基因变异或环境变化后代谢产物图谱及其动态变化来研究 生物体系的代谢网络的一种技术研究对象主要是针对分子量1000以下的内源性小分 子。与转录组学和蛋白质组学等其他组学比较代谢组学具有以下优点 基因和蛋白 表达的微小变化会在代谢物水平得到放大 代谢组学的研究不需进行全基因组测序 或建罅勘泶镄蛄斜昵ST的数据库代谢物的种类远少于基因和蛋白的数目生物 体液的代谢物分析可反映机体系统的生理和病理状态。通过代谢组学研究既可以发 现生物体在受到各种内外环境扰动后的应答不同也可以区分同种不同个体之间的表 型差异因此在国际医药、动植物、微生物等研究领域内得到了广泛应用也受到了我 国生物医学领域研究者的关注。 香山科学会议日前在中国科学院大连化学物理研 究所召开了主题为“医学代谢组学”的第284次香山科学会议学术讨论会。本次会议 由中科院上海生物工程中心杨胜利、上海肿瘤研究所顾建人、天津药物研究院刘昌 孝和中科院上海药物所陈凯先四位研究员担任执行主席国内数家相关研究机构、大 专院校和

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