简介

代谢组学，是一种针对生物体内源性小分子代谢物质（1，000道尔顿以下）进行分析研究，寻找代谢物与生理病理变化的相对关系的研究方式[1]。区别于基因组学和蛋白组学，代谢组学阐明的是生物体当下发生和完成的事。

代谢组学的中心任务是对内源性代谢物质的整体及其动态变化规律进行检测，量化和编录。实验的原理是基于分析化学的基础上开展的，发展至今，其研究手段也涵盖了NMR、GC-MS、LC-MS等技术[2]。

代谢组学在分类上可大致分为非靶向和靶向代谢组学两个方面，非靶向代谢组学则是无偏向性地对所有代谢物同时进行检测分析，通常涉及的学科为非目标和发现代谢组学；靶向代谢组学是仅对感兴趣的目标性代谢物进行同时定量分析，通常涉及的学科为目标性和地量代谢组学[3]。

分类及适用范围

非靶向代谢组学：

非靶向代谢组学是将生物体所有内源性代谢物作为研究目标，重点在于比较实验组和对照组，发现寻找其种具有显著变化的代谢物质（差异代谢物），并构建代谢通路以解释代谢物于该生命体的关联。

靶向代谢组学：

靶向代谢组学是对特定的代谢物群进行检测与分析。分析时加入了标准品的定量分析，用以对特定代谢物绝对浓度的定量检测。然后与标准品的分析结果进行比对，最终完成目标代谢群定性和定量的分析

代谢组学适用范围

体液：血清、血浆、尿液、唾液、膝盖滑液、脑脊液、卵泡液、牛奶、痰液、舌苔液、淋巴液、胆汁等

组织：各种动物组织和植物组织

细胞：细胞及细胞培养液等

微生物：大肠杆菌、链球菌等

其他：粪便、食糜、肠道内容物等

案例分析：

这篇文章是2017年6月发表在Nature Medicine杂志上的一篇高分论文，此研究以年轻人作为研究对象，联用了代谢组学和基因组学，先在基因组学方向上，使用宏基因组测序阐述了中国人群中肠道菌群的变化，然后通过代谢组学分析得到氨基酸循环与肥胖之间的关系，文章的最后确定了一个对肥胖有抑制作用的微生物，多形拟杆菌(Bacteroides thetaiotaomicron)。

整篇文章的研究思路

a.宏基因组测序并分析 b.将测序结果与患者表型关联 c.基于测序结果的基因功能与代谢通路分析 d.人血液循环代谢物的分析 e.小鼠模型验证 f.干预治疗

本研究中融合宏基因组测序、疾病症状观察、血清代谢组学研究(广筛和靶向)、小鼠喂食模型和数据分析。首先，研究人员对72名肥胖者和79名苗条的“对照组”志愿者进行了肠道微生物的宏基因组测序，得到了35024个与肥胖相关的基因，把这些基因聚类到宏基因组关联群组(metagenomic linkage groups，MLGs)，并鉴定出它们所对应的微生物。结果显示，肥胖人群和苗条人群的肠道微生物确实存在巨大差异，且肥胖志愿者的肠道微生物多样性和基因数量都相对较低。

同时，利用GC-MS平台对志愿者血清样本进行代谢组广筛，得到了148种代谢产物，其中确定结构的有13种，包括谷氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸，之后用靶向氨基酸检测进行验证。接着，用宏基因组得出来的结论与代谢组检测结果进行关联分析，发现肥胖人群中谷氨酸的含量非常高，与苗条人群的差异也最大，且在肥胖人群中，谷氨酸含量与多形拟杆菌数量呈反比。

文献参考：

1.代谢组学和组织病理学的联合分析，用做核心来诊断癌症和活检分类。Brown M.V., et al. 2012. Cancer detection and biopsy classification using concurrent histopathological and metabolomic analysis of core biopsies.Genome Med. 2012 Apr 30;4(4):33.

2.液相色谱-质谱联用和核磁共振光谱法分析，运用于检验采集条件对人尿液中代谢物含量的影响。Roux A., et al. 2015. Impact of collection conditions on the metabolite content of human urine samples as analyzed by liquid chromatography coupled to mass spectrometry and nuclear magnetic resonance spectroscopy.Metabolomics. 2015;11(5):1095-1105. Epub 2014 Dec 23.

3.靶向、非靶向代谢组学与基因组学联用，分析肠道微生物群和血清代谢组在肥胖和减肥后的变化。Liu R., et al. (2017). Gut microbiome and serum metabolome alterations in obesity and after weight-loss intervention. Nat Med. 2017 Jul;23(7):859-868. doi: 10.1038/nm.4358. Epub 2017 Jun 19.