代謝組學(xué)是生物體內(nèi)生化反應(yīng)的集合,，是生命維持生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，是研究生命活動(dòng)的重要基礎(chǔ),。代謝組學(xué)是基于高通量分析和生物信息學(xué)技術(shù),，研究生命在內(nèi)、外環(huán)境影響下的內(nèi)源代謝活動(dòng),，包括代謝物的類型,、數(shù)量和變化的檢測(cè)和分析，從而研究集體生命,?；顒?dòng)發(fā)生和發(fā)展的本質(zhì)。
代謝物是生物過(guò)程的最終產(chǎn)物,，其狀態(tài)變化可以準(zhǔn)確反映細(xì)胞功能的變化,。研究表明,，包括癌癥在內(nèi)的多種疾病，如肝病,、腎病,、心血管和神經(jīng)系統(tǒng)疾病等，都與細(xì)胞內(nèi)代謝狀態(tài)變化引起的生理紊亂或細(xì)胞功能喪失有關(guān),。代謝組學(xué)已成為后基因組學(xué)時(shí)代功能基因組學(xué)的研究工具,，大規(guī)模篩選新生物標(biāo)志物用于疾病早期預(yù)測(cè)、診斷和分型的重要手段,，以及精準(zhǔn)醫(yī)療的重要技術(shù)手段之一,。
代謝物種類和數(shù)量的變化易于檢測(cè)；
與基因組學(xué),、蛋白質(zhì)組學(xué)相比,，技術(shù)手段更簡(jiǎn)單；
與基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)相比,，代謝物數(shù)量少,，易于檢測(cè),、驗(yàn)證和分析,；
代謝水平的變化可以實(shí)時(shí)揭示機(jī)體的生理和病理狀態(tài)。
根據(jù)研究目的不同,，代謝組學(xué)又可分為非靶向代謝組學(xué)和靶向代謝組學(xué),。
非靶向代謝組學(xué)是指利用LC-MS、GC-MS,、NMR技術(shù)對(duì)所有小分子代謝物（主要是細(xì)胞,、組織、器官或生物體中刺激或擾動(dòng)前后）進(jìn)行公正的檢測(cè),。通過(guò)生物信息學(xué)分析篩選相對(duì)分子質(zhì)量小于1000Da的內(nèi)源性小分子化合物的動(dòng)態(tài)變化,，并進(jìn)行差異代謝物的通路分析，揭示其變化的生理機(jī)制,。
靶向代謝組學(xué)是對(duì)特定類別代謝物的研究和分析,。兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，常聯(lián)合使用用于差異代謝物的發(fā)現(xiàn)和定量,，以及對(duì)后續(xù)代謝分子標(biāo)志物的深入研究和分析,，應(yīng)用于食品鑒定、疾病研究,、動(dòng)物模型驗(yàn)證等和生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn),。在疾病診斷、藥物研發(fā),、藥物篩選,、藥物評(píng)價(jià),、臨床研究、植物代謝研究,、微生物代謝研究等方面發(fā)揮著重要作用,。
代謝組學(xué)應(yīng)用方向
1.生物樣品中復(fù)雜代謝物的檢測(cè)。
2. 尋找疾病的生物標(biāo)志物,。
3. 標(biāo)記驗(yàn)證和絕對(duì)定量研究,。
4.研究代謝途徑的機(jī)制。
靶向：關(guān)注目標(biāo)代謝物,，通?；谕?/span>
非靶向：發(fā)現(xiàn)差異代謝物并尋找生物標(biāo)志物
定性定量
靶向：定性定量同時(shí)進(jìn)行，可檢測(cè)濃度
非靶向：可定性,，相對(duì)定量
方法
針對(duì)性：需要先購(gòu)買(mǎi)標(biāo)準(zhǔn)品,，進(jìn)行方法學(xué)驗(yàn)證，然后進(jìn)行測(cè)試,，成本較高
非針對(duì)性：直接進(jìn)樣即可分析,，成本相對(duì)較低
非靶向代謝組學(xué)常用LC/MS、GC/MS,、NMR三種檢測(cè)方法,，優(yōu)缺點(diǎn)如下：
1、NMR（核磁共振）
優(yōu)點(diǎn)是對(duì)樣品無(wú)損,，測(cè)量無(wú)偏差,，即適用于血液、尿液等液體樣品,，也適用于固體樣品如組織器官,，測(cè)量速度快，可實(shí)現(xiàn)樣本代謝組的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),。缺點(diǎn)主要是分辨率較低,。
2、GC-MS（氣相色譜法）
GC-MS是一種代謝組學(xué)研究技術(shù),，具有技術(shù)成熟穩(wěn)定,、分辨率高的特點(diǎn)。同時(shí),，由于數(shù)據(jù)庫(kù)比較完整,，質(zhì)量也較好。缺點(diǎn)主要是樣品處理復(fù)雜,、衍生化困難,。對(duì)物質(zhì)進(jìn)行表征和定量比較困難，影響了該技術(shù)在更大范圍內(nèi)的使用,。
3,、LC-MS（液相色譜）
優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在樣品制備和預(yù)處理簡(jiǎn)單,、實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好、分辨率高,、分離分析范圍寬,。
代謝組學(xué)通常需要使用多種分析技術(shù)來(lái)滿足不同的實(shí)驗(yàn)需求。常見(jiàn)的代謝組分析技術(shù)包括核磁共振（NMR）,、液相色譜-質(zhì)譜（LC-MS）,、氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）、毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜（CD-MS）,、HILIC-MS等在,。高分辨率質(zhì)譜技術(shù)主要包括TOF-MS、FTICR-MS,、Orbitrap-MS,、Sector-MS等。
1. GC-MS（氣相色譜）是代謝組學(xué)研究中的經(jīng)典技術(shù),。具有技術(shù)成熟穩(wěn)定,、分辨率高的特點(diǎn)。同時(shí),，由于數(shù)據(jù)庫(kù)比較完整,，質(zhì)量也更加準(zhǔn)確。缺點(diǎn)主要是在樣本上,。加工過(guò)程復(fù)雜,，且不易衍生化的物質(zhì)難以表征和定量,，影響了該技術(shù)在更大范圍的應(yīng)用,。
2、LC-MS（液相色譜）的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在樣品制備和預(yù)處理簡(jiǎn)單,、實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好,、分辨率高、分離分析范圍廣,。
數(shù)據(jù)預(yù)處理：使用XCMS,、MZmine、MarkerView等工具進(jìn)行原始數(shù)據(jù)處理,。
差異代謝物的鑒定：常見(jiàn)的分析方法包括主成分分析（PCA）,、偏最小二乘判別分析（PLS-DA）和正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）。數(shù)據(jù)分析結(jié)果還需要通過(guò)t檢驗(yàn)和投影變量重要性（VIP）值來(lái)篩選差異代謝物,。一般認(rèn)為同時(shí)滿足P<0.05且vip>1.0的變量為差異代謝物,。
代謝通路分析：常見(jiàn)的代謝組通路數(shù)據(jù)庫(kù)包括HMDB、KEGG,、Reactome,、BioCyc,、MetaCyc等數(shù)據(jù)庫(kù)，可用于代謝通路和相互作用網(wǎng)絡(luò)分析,。
多組學(xué)分析：多組學(xué)分析已經(jīng)是組學(xué)發(fā)現(xiàn)的趨勢(shì),。可用的數(shù)據(jù)庫(kù)和工具包括 IMPaLA 網(wǎng)站,、iPEAP 軟件,、MetaboAnalyst 網(wǎng)站、SAMNetWeb 網(wǎng)站,、pwOMICS,、MetaMapR、MetScape,、Grinn,、WGCNA、MixOmic,、DiffCorr,、qpgraph、巨大等,。
1. 微生物和細(xì)胞樣品：快速滅活代謝活性（猝滅）,，同時(shí)防止細(xì)胞裂解
2. 動(dòng)物體液（如尿液、血液,、組織,、器官、唾液）：采樣后應(yīng)迅速進(jìn)行前處理,，如添加抗凝劑和防腐劑,，立即冷凍（-80℃）
3.植物樣品：采集后快速冷凍（液氮），然后轉(zhuǎn)至-80℃保存,，200mg/箱
4.血清樣品：500ul/箱（不少于200ul/箱）,，必須避免反復(fù)凍融。 （將血液收集于離心管中,，靜置30分鐘使其凝固,，然后離心取上清液裝入干凈的離心管中，然后8000rpm離心5分鐘,。-80℃冷凍保存送貨,。）
5、尿液樣本：1ml/箱,，原則上可以多取一點(diǎn)（尿液直接裝入離心管,，每管1ml，加一滴（約10ul）1/100（w/v）疊氮hua鈉，冷凍-80℃）
6,、瘤胃液：1ml/箱,，原則上可以多取一點(diǎn)。收集步驟：瘤胃液6000×g離心15min,，取上清液,，等分，-80℃冷凍,，干冰送樣,。為了使樣品保持更長(zhǎng)時(shí)間，可在取樣后加入一滴（約10μl）1/100質(zhì)量體積（w/v）疊氮hua鈉溶液,。
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