提起“代谢”，相信大家都会想到我们每天都在进行的生理活动：
心脏跳动
健康饮食
♂️健身运动
充足睡眠
…
这些日常行为都与我们自身的“代谢”息息相关
为了探寻“代谢”背后的复杂奥秘
研究者们发展了——代谢组学技术
代谢组学（Metabonomics/Metabolomics）是继基因组学、转录组学、蛋白质组学后出现的以定量描述生物体内代谢物变化为目标的新兴“组学”。代谢组学（Metabolomics）是系统生物学的一个分支，专注于在特定生物学条件下，细胞或生物体内所有代谢物（即代谢组）的定性和定量分析（图1）。这一领域的研究对象涉及上千种不同的小分子化合物，包括氨基酸、糖类、脂肪酸和核苷酸等，这些化合物是生物体进行正常生命活动所必需的。
图1 代谢物生物标志物
代谢组学分析通常包括以下几个基本步骤：
根据实际检测样品也需要对其进行适当的调整，不过总体是基本符合此流程~上文已经提及代谢组学是研究生物样本中所有代谢物的组成和变化的技术，涉及到大量的小分子化合物的分析，包括氨基酸、脂肪酸、糖类、核苷酸和其他生物分子。因此，用来代谢组学的检测平台主要有以下几种：
▼质谱（Mass Spectrometry, MS）
功能：质谱是代谢组学研究中最常用的技术之一，能够提供化合物的精确质量、结构和化学性质的信息。通过测量样本中代谢物的质量和电荷比，可以用于鉴定和定量分析各种代谢物。
优点：高灵敏度和高通量，能够检测低丰度的代谢物；能够分析复杂样品中的大量代谢物。
局限性：需要专业的操作和分析技能；某些代谢物可能需要特定的离子化技术或前处理步骤。
▼核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）光谱
功能：NMR是一种不破坏样本的分析技术，通过测量核磁共振频率的变化来分析样品中代谢物的化学结构和浓度。
优点：不需要复杂的样本前处理，可以直接分析液体和固体样本；提供结构信息，有助于新代谢物的鉴定。
局限性：灵敏度相对于质谱较低，难以检测低丰度代谢物；分析速度较慢，不适合高通量分析。
▼液相色谱-质谱联用（Liquid Chromatography-Mass Spectrometry, LC-MS）
功能：结合了液相色谱的分离能力和质谱的检测灵敏度，可以用于复杂样本中成千上万种代谢物的鉴定和定量。
优点：高分辨率和高灵敏度，适合复杂样本分析；可以分析极性和非极性化合物。
局限性：设备成本高，运行和维护要求高；样本准备和数据分析相对复杂。
▼气相色谱-质谱联用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry, GC-MS）
功能：通过气相色谱对样品进行分离，然后用质谱进行检测。主要用于挥发性和半挥发性有机化合物的分析。
优点：分析速度快，分辨率高；适合挥发性和稳定性较好的小分子代谢物分析。
局限性：只能分析能够挥发化的化合物，对大分子和极性物质的分析能力有限。
这些技术之间的主要区别在于它们的灵敏度、分辨率、样本处理要求和能够分析的代谢物类型。因此，选择适合的分析平台通常基于研究目的、样本类型和代谢物的性质。
图2 代谢物分析步骤概述
代谢组学的应用方向广泛，主要可以分为以下几个类别：
1.疾病诊断与生物标志物发现：通过分析体液或组织样本中的代谢物变化，识别与特定疾病相关的生物标志物，用于疾病的早期诊断、疗效评估和预后监测。
2.药物开发与毒理学：研究药物代谢过程和代谢产物，了解药物在体内的作用机理，评估药物的安全性和代谢动力学。
3.营养学和食品科学：分析食物成分对人体代谢的影响，研究营养素如何影响健康和疾病，开发功能性食品。
4.环境暴露评估：评估环境污染物如何通过代谢途径影响人体健康，识别特定环境暴露的生物标志物。
5.植物和微生物代谢工程：研究植物和微生物的代谢途径，通过基因工程手段提高次生代谢产物的产量，用于药物、生物燃料和其他生物产品的生产。
6.系统生物学与功能基因组学：结合代谢组分析和其他“组学”数据（如基因组、转录组、蛋白组数据），在系统水平上理解生物体的功能和调控网络。
代谢组学，这个探索生命微观世界的科学领域，正以其独有的方式重新定义我们对健康、疾病和生态的理解，让我们能够直视生命的核心，观察到那些构成生物体最基本单元的细微变化。
（本文部分素材源于网络侵删）
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