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代谢组学是生物体内生化反应的集合，是生命维持生命的物质基础，是研究生命活动的重要基础。代谢组学是基于高通量分析和生物信息学技术，研究生命在内、外环境影响下的内源代谢活动，包括代谢物的类型、数量和变化的检测和分析，从而研究集体生命。活动发生和发展的本质。

代谢物是生物过程的最终产物，其状态变化可以准确反映细胞功能的变化。研究表明，包括癌症在内的多种疾病，如肝病、肾病、心血管和神经系统疾病等，都与细胞内代谢状态变化引起的生理紊乱或细胞功能丧失有关。代谢组学已成为后基因组学时代功能基因组学的研究工具，大规模筛选新生物标志物用于疾病早期预测、诊断和分型的重要手段，以及精准医疗的重要技术手段之一。

代谢组学优势

代谢物种类和数量的变化易于检测；
与基因组学、蛋白质组学相比，技术手段更简单；
与基因组学和蛋白质组学相比，代谢物数量少，易于检测、验证和分析；
代谢水平的变化可以实时揭示机体的生理和病理状态。

代谢组学分类

根据研究目的不同，代谢组学又可分为非靶向代谢组学和靶向代谢组学。

非靶向代谢组学是指利用LC-MS、GC-MS、NMR技术对所有小分子代谢物（主要是细胞、组织、器官或生物体中刺激或扰动前后）进行公正的检测。通过生物信息学分析筛选相对分子质量小于1000Da的内源性小分子化合物的动态变化，并进行差异代谢物的通路分析，揭示其变化的生理机制。

靶向代谢组学是对特定类别代谢物的研究和分析。两者各有优缺点，常联合使用用于差异代谢物的发现和定量，以及对后续代谢分子标志物的深入研究和分析，应用于食品鉴定、疾病研究、动物模型验证等和生物标志物发现。在疾病诊断、药物研发、药物筛选、药物评价、临床研究、植物代谢研究、微生物代谢研究等方面发挥着重要作用。
代谢组学应用方向

1.生物样品中复杂代谢物的检测。
2. 寻找疾病的生物标志物。
3. 标记验证和绝对定量研究。
4.研究代谢途径的机制。

靶向代谢组学和非靶向代谢组
学之间的区别

靶向：关注目标代谢物，通常基于通路
非靶向：发现差异代谢物并寻找生物标志物

定性定量
靶向：定性定量同时进行，可检测浓度
非靶向：可定性，相对定量

方法
针对性：需要先购买标准品，进行方法学验证，然后进行测试，成本较高
非针对性：直接进样即可分析，成本相对较低

代谢组平台比较

非靶向代谢组学常用LC/MS、GC/MS、NMR三种检测方法，优缺点如下：

1、NMR（核磁共振）
优点是对样品无损，测量无偏差，即适用于血液、尿液等液体样品，也适用于固体样品如组织器官，测量速度快，可实现样本代谢组的动态监测。缺点主要是分辨率较低。

2、GC-MS（气相色谱法）
GC-MS是一种代谢组学研究技术，具有技术成熟稳定、分辨率高的特点。同时，由于数据库比较完整，质量也较好。缺点主要是样品处理复杂、衍生化困难。对物质进行表征和定量比较困难，影响了该技术在更大范围内的使用。

3、LC-MS（液相色谱）
优点主要表现在样品制备和预处理简单、实验重复性好、分辨率高、分离分析范围宽。

非靶向代谢组分析技术

代谢组学通常需要使用多种分析技术来满足不同的实验需求。常见的代谢组分析技术包括核磁共振（NMR）、液相色谱-质谱（LC-MS）、气相色谱-质谱（GC-MS）、毛细管电泳-质谱（CD-MS）、HILIC-MS等在。高分辨率质谱技术主要包括TOF-MS、FTICR-MS、Orbitrap-MS、Sector-MS等。

1. GC-MS（气相色谱）是代谢组学研究中的经典技术。具有技术成熟稳定、分辨率高的特点。同时，由于数据库比较完整，质量也更加准确。缺点主要是在样本上。加工过程复杂，且不易衍生化的物质难以表征和定量，影响了该技术在更大范围的应用。

2、LC-MS（液相色谱）的优点主要表现在样品制备和预处理简单、实验重复性好、分辨率高、分离分析范围广。

数据分析

数据预处理：使用XCMS、MZmine、MarkerView等工具进行原始数据处理。
差异代谢物的鉴定：常见的分析方法包括主成分分析（PCA）、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）。数据分析结果还需要通过t检验和投影变量重要性（VIP）值来筛选差异代谢物。一般认为同时满足P<0.05且vip>1.0的变量为差异代谢物。
代谢通路分析：常见的代谢组通路数据库包括HMDB、KEGG、Reactome、BioCyc、MetaCyc等数据库，可用于代谢通路和相互作用网络分析。
多组学分析：多组学分析已经是组学发现的趋势。可用的数据库和工具包括 IMPaLA 网站、iPEAP 软件、MetaboAnalyst 网站、SAMNetWeb 网站、pwOMICS、MetaMapR、MetScape、Grinn、WGCNA、MixOmic、DiffCorr、qpgraph、巨大等。

关于样品

1. 微生物和细胞样品：快速灭活代谢活性（猝灭），同时防止细胞裂解
2. 动物体液（如尿液、血液、组织、器官、唾液）：采样后应迅速进行前处理，如添加抗凝剂和防腐剂，立即冷冻（-80℃）
3.植物样品：采集后快速冷冻（液氮），然后转至-80℃保存，200mg/箱
4.血清样品：500ul/箱（不少于200ul/箱），必须避免反复冻融。 （将血液收集于离心管中，静置30分钟使其凝固，然后离心取上清液装入干净的离心管中，然后8000rpm离心5分钟。-80℃冷冻保存送货。）
5、尿液样本：1ml/箱，原则上可以多取一点（尿液直接装入离心管，每管1ml，加一滴（约10ul）1/100（w/v）叠氮hua钠，冷冻-80℃）
6、瘤胃液：1ml/箱，原则上可以多取一点。收集步骤：瘤胃液6000×g离心15min，取上清液，等分，-80℃冷冻，干冰送样。为了使样品保持更长时间，可在取样后加入一滴（约10μl）1/100质量体积（w/v）叠氮hua钠溶液。