非靶代谢组

1.流程介绍

代谢组是指参与生物体新陈代谢、维持生物体正常生长发育功能的小分子化合物的集合，主要是指相对分析量小于1000的内源性小分子。代谢组分析就是对生物样本中所有低分子量代谢产物进行定性和定量分析，并筛选出在不同组间具有重要生物学意义的显著差异代谢物，阐明生物体的代谢过程和生理病理变化机制。

1.1实验流程

收到样本后，首先对样本进行质检，经确认符合送样要求后，进行正式实验和生物信息学分析。

1.2信息分析流程

样本要求：

动物组织 ≥ 0.2g

血清、血浆 ≥ 0.3ml

肠道内容物 ≥ 0.1g

粪便 ≥ 0.3g

细胞 ≥ 10*7 个

保存及运输条件：

液氮或负八十保存，干冰运输

应用

1.发现心血管疾病治疗的潜在靶点

氧化三甲胺（trimethylamine N-oxide，TMAO）的含量升高会引起脂质的异常累积，从而增加罹患心血管疾病的风险。Wang 等在对心血管疾病的研究中，采用非靶向代谢组学分析显示心血管疾病患者血浆内TMAO 的含量明显升高。从食物中摄取的胆碱类物质能在肠道菌群中胆碱-三甲胺（TMA）裂解酶的作用下生成TMA，后者进一步在肝脏经黄素单加氧酶3（flavinmonooxygenase3，FMO3）催化代谢生成TMAO。

进一步研究表明，FMO3 过表达转基因小鼠在相同的高胆碱饮食条件下，其血浆内TMAO的含量明显高于野生型小鼠。通过反义寡核氨酸技术沉默FMO3 表达的小鼠，其血浆中TMAO的含量显著低于对照组，表明FMO3 能通过调节血浆内TMAO 含量进一步影响动脉粥样硬化及其他心血管疾病的发病过程。上述源于代谢组学的研究表明，FMO3 可能成为治疗心血管疾病的潜在靶点。

2.发现肿瘤治疗的潜在靶点

Gao等利用毛细管电泳-质谱技术，对神经胶质瘤样本进行非靶向代谢组学分析，发现瘤组织中的亚牛磺酸含量显著高于癌旁对照组织中的亚牛磺酸，并且与胶质瘤分级（恶性程度）呈正相关。经过分子对接计算机模拟，Gao等发现亚牛磺酸能够竞争性抑制脯氨酸羟化酶2（prolylhydroxylasedomain-2，PHD2）的催化活性，影响羟基化缺氧诱导因子-1α（hypoxia-induciblefactor 1α，HIF-1α）的降解，促进其入核，从而启动许多与肿瘤相关基因的表达。

因此，细胞内亚牛磺酸的含量升高可促进肿瘤的发生发展。研究发现，细胞内亚牛磺酸以胱氨酸为前体物质合成，而胱氨酸需通过胱氨酸/谷氨酸反向转运体（XC-glutamate-cystineantiporter）的转运才能进入细胞，抑制该转运体可以阻断亚牛磺酸的生物合成，从而抑制肿瘤细胞的增殖和侵袭。因此，胱氨酸/谷氨酸反向转运体可能可以作为治疗神经胶质瘤的潜在靶点。

在一项急性髓细胞白血病的研究中，Bhanot等利用多种酪氨酸激酶抑制剂对白血病癌细胞株进行处理，对不同处理的细胞株进行非靶向代谢组学分析，发现癌变髓细胞内源性代谢组显著改变，一系列内源性代谢物，如与糖酵解、三羧酸循环、糖原合成等能量代谢相关的代谢物显著改变，其中糖原合成前体UDP-D-葡萄糖水平在癌变细胞株内异常升高。

进一步机制研究表明，肿瘤细胞代谢重编程依赖糖原合成途径，进行能量储备。糖原合成酶1（glycogensynthase 1，GYS1）活性异常升高的患者往往预后较差。抑制GYS1不仅降低糖酵解通量，而且导致肿瘤细胞生长受到抑制。新的靶向治疗策略可以靶向抑制GYS1，从而影响肿瘤细胞能量代谢和生长，故GYS1有望成为新的治疗靶点。