代谢组学中机器学习研究进展

以往代谢组学的综述都着眼于对其应用情况进行总结,而对机器学习方法的对比研究不多。为此,在分析讨论目前机器学习方法在代谢组学研究方面最新进展的基础上,对各种机器学习方法及在代谢组学研究上的应用效果进行了总结,给出了代谢组学研究所使用的数据源,比较了各方法的应用效果及其利弊,指出目前代谢组研究中存在的主要问题及可能的改进方案。列举了相关方法在疾病诊断、药物开发等方面的最新应用,展望了代谢组学的研究前景,以期为改进代谢组学研究中机器学习算法的研究工作提供启示和帮助。     

代谢组学技术及其应用的研究进展

代谢组学是一种研究生物体内所有小分子代谢物的系统生物学方法,它利用气相色谱质谱联用（GC—MS）,液相色谱质谱联用（LC—MS）,核磁共振波谱（NMR）等先进的仪器分析技术来检测各种生物样品中代谢物组的信息并结合模式识别等分析计算方法对所得代谢组学数据进行处理,最后综合解析这些数据以用于评价药物疗效、检测药物毒性、诊断疾病、分析疾病状态。代谢组学自提出以来发展十分迅速,目前已在药学、毒理学、疾病研究和诊断等领域得到广泛应用。本文主要对代谢组学的概念,研究方法及其应用进行综述,最后就代谢组学的发展趋势作一讨论。     

代谢组学技术在兽药违规使用监测中的应用及研究进展

兽药残留分析检测技术的开发与创新是动物源性食品安全监测的重要研究内容。作为系统生物学的重要组成部分,代谢组学研究及其检测技术在动物源性食品安全领域发挥了不可或缺的作用。基于当前代谢组学技术在兽药残留检测领域的研究成果,阐述了代谢组学的概念、原理与分类;以"瘦肉精"和类固醇两类违禁兽药残留检测为例,简述了液相色谱串联质谱法(liquid chromatography-tandem mass spectrometry,LC-MS)、气相色谱串联质谱法(gas chromatographytandem mass spectrometry,GC-MS)等代谢组学常用检测技术对动物血液、尿液等生物样本进行残留分析检测的应用现状,分析了非靶向代谢组学与靶向代谢组学存在的精确度差与通量低等问题,以及代谢组学技术对大型仪器设备与专业数据库过度依赖的局限性;进一步提出了代谢组学技术在兽药残留检测的应用中应根据样品特点及检测目的,将多技术平台(液相色谱-电喷雾飞行质谱、超高效液相色谱-四级杆飞行时间质谱)、分析平台(主成分分析、偏最小二乘判别分析)与多组学技术(基因组学、转录组学、蛋白组学)联合使用以提高代谢组学技术在兽药残留检测领域的适用性与应用范围,为兽药残留分析检测提供新的研究方向。     

食品安全与药物代谢分析研究评述

扼要介绍现代分析化学的发展,综述作者指导研究生近20年来在分离科学研究、食品安全分析、药物代谢分析等领域的研究进展,期望进一步开展食品组学和药物代谢组学分析研究.     

基于代谢组学研究的新策略在体育科学中的应用展望

体育科学的发展离不开生物医学的发展,随着后基因组时代的到来,代谢组学研究的策略在体育科学中有了长足的应用。对代谢组学的含义、产生的背景、研究领域以及代谢组学在体育科学中的应用等方面内容进行了介绍,并对当前代谢组学在体育科学研究中存在的问题以及今后的发展趋势试作了探讨,提出了我国体育科学工作者利用代谢组学研究技术进行功能基因组学研究的必要性和可能性。     

基于代谢组学的药源性肝损伤生物标志物发现

药源性肝损伤(DILI)是临床常见的药物不良反应之一,也是导致新药研发终止、限用或撤市的一个主要原因.目前,DILI的早期诊断和发病机制阐明都存在很大困难,其中一个重要原因就是缺少灵敏、准确的生物标志物.代谢组学重点研究处于生物信息流末端的内源性小分子代谢物,为疾病相关生物标志物的发现提供新的思路.本研究探讨了近期基于代谢组学的DILI生物标志物的相关代谢物.     

基于NMR代谢组学的脉冲序列优化

基于NMR的代谢组学的直接研究对象是样品的NMR谱,因此基于NMR的代谢组学与制谱方法息息相关,有效的水峰压制、良好的谱图相位和平整的基线对代谢组学的后续统计处理至关重要.本文分析了1HNMR制谱中的3种常用脉冲序列(NOEPR,NOEPR-CPMG,ES-CPMG)的原理及性能,并以14个Ⅱ型糖尿病患者和14个正常人的血清样品为对象,分别利用这3种脉冲序列获取样品的1H-NMR高分辨谱,结合多元统计分析方法对这3种脉冲序列进行深入的研究和比较.结果表明,ES-CPMG序列在稳定性、可重复性等方面比其它2个序列更好,更适合血清样品的制谱和分析.     

代谢组学方法在糖尿病肾病研究中的应用

糖尿病肾病作为糖尿病最严重的并发症之一.近年来其发病率持续上升,严重危害糖尿病人生命健康.目前用于诊断和治疗糖尿病肾病的常规方法效果并不理想,而代谢组学方法可一次性对待测样品中多种代谢产物进行定性、定量、高灵敏度分析.利用气相/液相色谱、质谱学方法、气质/液质联用,以及核磁共振等方法检测糖尿病肾病潜在生物标志物已成为目前该领域的研究热点,其结果对糖尿病肾病的早期诊断、致病机理研究、疾病有效治疗具有重要意义.本文从代谢组学常用分析工具、数据分析方法及其在糖尿病肾病研究中的应用三个方面进行综述,旨在阐述近几年代谢组学方法在糖尿病肾病研究中的应用进展.由于相关仪器设备本身分析能力的局限性及数据分析方法不全面,目前代谢组学方法距离临床应用仍有一定距离,但是随着分析技术的不断发展与完善,可以预见代谢组学策略终将可以被应用于糖尿病肾病以及其他疾病的早期诊断并指导相关疾病的治疗.     

植物代谢组学技术研究进展

 代谢组学对生物体或细胞中全部小分子代谢物进行定性、定量分析, 是继基因组学、蛋白组学之后又一门新兴的组学技术。植物代谢物在种类、含量、生理功能方面极具多样性, 因此植物代谢组学在代谢组学的研究中占据重要地位。植物代谢物是植物生理状态在代谢水平的反映, 从整体上研究植物代谢物的变化及其调控将为解析植物生长发育及其与环境因子的互作奠定基础。植物代谢组学已经被广泛的应用于代谢物积累模式及其遗传基础研究、代谢相关基因的鉴定及途径解析方面, 成为现代植物生物学研究中的热点领域之一。本文综述植物代谢组学分析技术的基本组成、发展状况及植物代谢组学应用于现代植物生物学研究的现状和趋势。     

基于液质联用技术对早期高脂血症金黄地鼠肝脏鞘脂的靶向代谢组学研究

目的 对高脂血症金黄地鼠肝匀浆中鞘脂进行相对定量的靶向代谢组学研究.方法 18只SPF级叙利亚金黄地鼠随机分为正常对照组和高脂血症模型组,饲喂6周后进行血液生化检测,取肝脏进行HE染色,观察两组动物血液生化指标和组织病理学变化.基于液质联用技术,采用主成分分析(PCA)和偏最小二乘法分析(PLS-DA)进行模式识别,对...     

基于代谢组学分析COPD肾虚痰瘀证与异常黑胆质证共性特征

 从代谢组学角度进行慢性阻塞性肺部疾病(COPD)中维西医病证结合的临床研究,解析中维医不同分型间及其与正常人群间代谢表型的构成差异,寻找并鉴定中维医证型的代谢生物标记物,阐述中医肾虚痰瘀证及维医异常黑胆质证在代谢组学方面的共性特征改变及其物质基础,以体现两者在代谢组学方面的交互性,为COPD的诊断、防治提供新的思路和方法奠定一定的基础。首先,按照纳入标准收集COPD稳定期患者105例,进行西医的诊断分级以及中医、维吾尔医的辨证分型,分为中医肾虚痰瘀证组和维医异常黑胆质证组,对所有患者及正常对照组受试者血样分批进行核磁共振技术(NMR)的代谢组学方面的测定和分析;得到健康人与各组COPD患者的血浆一维及二维氢谱,对1H-NMR谱进行分段积分后的积分值进行OPLS-DA分析,得到3D平面分布图,显示COPD患者肾虚痰瘀证组、异常黑胆质证组分别与正常对照组的分布区域完全分开,而中维医二组的分布区域未完全分开,说明两组血浆在代谢成分上无明显差异,同样表现为血桨中多种氨基酸显著降低,差异有统计学意义(P<0.05),其中包括异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、丙氨酸、谷氨酰胺、酪氨酸、苯丙氨酸。此外,糖蛋白、不饱和脂类及极低密度脂蛋白也较健康人显著降低,差异有统计学意义(P<0.05);而乳酸、肉碱及丙酮、乙酰乙酸较健康人增高,差异有统计学意义(P<0.05);因此COPD二组中维医证患者血浆中代谢紊乱较正常对照组严重,提示氨基酸、蛋白质的代谢异常及脂肪代谢减弱、三大营养物质代谢反复相互影响的程度更重,使代谢紊乱状态更加严重。总之,从代谢组学角度出发,进行COPD中维医病证结合的对比研究,发现肾虚痰瘀证及异常黑胆质证患者代谢组学改变更突出,但两证的代谢组学变化基本一致,其生物表型相似,表现为氨基酸、脂肪及糖代谢异常,提示COPD肾虚痰瘀证与异常黑胆质证患者机体内三大物质代谢紊乱、能量代谢异常,相比健康人显示机体的免疫功能更低下、内分泌功能更紊乱、预后更差。     

连翘酯苷A的体内外代谢及药动学研究进展

连翘酯苷A作为连翘主要有效成分之一,具有抗氧化、抗病毒、抗菌等药理作用.对近20年的国内外文献资料进行分析、归纳,分别按照体内代谢研究、体外代谢研究和药物动力学研究三个方面综述了连翘酯苷A的代谢和药动学研究进展及其分析方法的应用前景,以期为进一步深入探讨连翘酯苷A的研究以及新药开发提供一定的参考.目前连翘酯苷A的代谢及药动学研究发展迅速,各种代谢模型和检测方法的优化结合必将加快人们对于连翘酯苷A的研究步伐,从而进一步推动连翘酯苷A的新药开发及临床应用.     

汞胁迫对Geobacter sulfurreducens PCA汞甲基化作用的代谢组影响

采用新兴的代谢组学技术, 筛选差异性细胞代谢物, 分析甲基汞生成和调控的关键代谢通路。在典型环境污染 浓度 (0~100 μg/L) Hg(II)的 胁迫下, 汞甲基 化微 生物Geobacter sulfurreducens PCA吸附/吸收的Hg(II)成为参与汞还原和甲基化的主要反应物质。初始 Hg(II)浓度为10 μg/L时, G. sulfurreducens PCA达到最高汞甲基化效率3.09%±0.16%。代谢组学数据显示, Hg(II)胁迫对胞内的碳水化合物代谢、核苷酸代谢和氨基酸代谢造成干扰。为了应对Hg(II)胁迫, G. sulfurreducens PCA增大了对能量的需求, 用来调控汞生物甲基化反应, 并对受损DNA进行修复。     

基于气相色谱-质谱的代谢组学技术研究紫杉醇诱导的卵巢癌A2780耐药株的生物标志物

采用气相色谱-质谱(GC-MS)的代谢组学技术研究人卵巢癌紫杉醇耐药细胞A2780/Taxol与敏感细胞之间内源性代谢物的差异,初步探讨A2780/Taxol细胞生物学特性和耐药机制。使用浓度梯度法建立A2780/Taxol细胞,并通过细胞形态观察,生长曲线测定,药物敏感试验,细胞内多药耐药相关蛋白(MRP1)、P-糖蛋白(P-gp)和肺耐药蛋白(LRP)的水平测定,评价A2780/Taxol细胞的生物学特性。同时,采用GC-MS的代谢组学方法分别对卵巢癌敏感细胞株与紫杉醇耐药细胞株的代谢物指纹图谱进行分析,并通过偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)对代谢组学数据进行多元处理。结果表明:人卵巢癌细胞敏感细胞与耐药细胞相比,其中琥珀酸、天冬氨酸、果糖、肌醇等13种内源性代谢物存在显著性差异。糖降解、三羧酸(TCA)循环、肌苷代谢途径发生了异常改变,这些差异改变可能与卵巢癌细胞的耐药机制有关。     

代谢指纹分析技术进展及应用

代谢组学主要考察生物体系受刺激或扰动后其内源性代谢产物的变化,从而研究生物体系的代谢途径。代谢指纹分析技术是代谢组学常用的研究手段之一。本文对代谢组学及代谢指纹分析技术的研究进展作相应的论述。     

基于UPLC-代谢组学技术研究泽泻结合有氧运动对高脂血症大鼠的改善作用

基于UPLC-代谢组学技术和预防性给样法研究泽泻提取物结合有氧运动对高脂血的改善作用。用高脂饲料喂饲大鼠4周,同时进行4周的泽泻提取物(AR)、有氧运动、AR结合有氧运动联合干预。第4周末处死大鼠,获得血清,采用UPLC方法测定大鼠血清,研究不同治疗组的治疗效果。测定血清TC,TG,HDL-C,LDL-C,SOD,GSH-Px,CAT和MDA的含量。代谢组学方法与生化指标的结果证明4周时间高脂血症模型成功制作,代谢组学结果显示不仅AR结合有氧运动组对高脂血症的有一定的治疗作用,而且二者联合的治疗效果优于单一AR组或有氧运动组。生化指标显示AR和有氧运动均可显著降低大鼠血清TC,TG和LDL-C含量;AR提取物结合有氧运动组大鼠血清SOD,GSH-Px,CAT显著升高,同时MDA的水平下降。AR提取物结合有氧运动可治疗高脂血症大鼠血脂异常。代谢组学可以作为判断药物或有氧运动改善疾病程度及效果的一个新方法。     

醛氧化酶在药物代谢中的作用

目的介绍一种在药物代谢研究中日益重要的非CYP450氧化酶——醛氧化酶(aldehyde oxidase,简称AOX)的研究进展,为深入研究和了解该药物代谢酶提供参考。方法以65篇国内外相关文献为基础,进行分析、归纳和总结,阐明AOX在药物代谢过程中的作用。结果首先对AOX进行了简要介绍,接着描述了AOX的底物类型,不同实验动物的AOX基因(种属差异及对药物代谢和开发的影响),影响AOX活性的因素,AOX代谢决策树(筛选方法),最后对其在药物代谢中的作用进行了总结并展望未来可能的发展方向。结论鉴于AOX在药物代谢中的重要作用,需要研究者们从生物学、酶反应机理、底物专属性等方面更深入地研究AOX。     

代谢组学在中草药研究中的应用

代谢组学分析侧重于生物样品中大量的小分子代谢物的检测。目前,越来越多的专家学者将其应用于中草药的分析研究中。代谢组学分析被用于识别中草药的来源和地理分布,或者用于研究其对动物和人的药理作用和临床安全性。目前,核磁共振法、质谱法和液质联用法是代谢组学分析应用最广泛的方法,并且仪器的发展在代谢组学研究中草药在体内外代谢的生物标志物方面是一大驱动力。     

大黄苷元对大鼠药物代谢酶CYP2A6、CYP3A4活性的影响

研究大黄苷元对大鼠体内药物代谢酶CYP2A6、CYP3A4活性的影响,以预测大黄与临床常用药物的相互作用.大鼠分组,分别灌胃不同质量浓度大黄苷元、质量分数0.5%羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、苯巴比妥钠(PB)、地塞米松(DEX)、β-奈黄酮(β-NF)和酮康唑(KET),取各给药组给药后24 h的肝微粒体(RLM)与CYP2A6、CYP3A4的探针底物香豆素、睾酮进行体外温孵,通过高效液相色谱法分别测定各底物的代谢产物7-羟基香豆素、6β-羟基睾酮的生成量,考察大黄苷元对CYP2A6、CYP3A4活性的影响.大黄苷元高、中、低剂量给药组代谢产物7-羟基香豆素的生成量高于空白给药组和KET给药组,均有统计学意义(P0.05)、(P0.01),大黄苷元高剂量给药组代谢产物6β-羟基睾酮的生成量高于空白给药组和KET给药组,均有统计学意义(P0.05)、(P0.01).随着大黄苷元给药剂量的增加,7-羟基香豆素、6β-羟基睾酮的生成量均随之增加.大黄苷元对CYP2A6、CYP3A4均有诱导作用,并且随着大黄苷元剂量的增加,其对CYP2A6、CYP3A4诱导作用均增强.     

代谢组学及其在药用植物研究中的应用

指出了代谢组学是继基因组学和蛋白组学之后新兴的一门研究生物体内源代谢物的种类、数量及其在内外因素作用下变化规律的组学技术,是以组群指标分析为基础,以高通量检测和数据处理为手段,以信息建模与系统整合为目标的系统生物学的一个分支.近年来,随着代谢组学积累的数据和信息量的增大,其在药用植物学各个领域的应用价值也与日俱增.主要对代谢组学的产生、研究方法和技术及其在药用植物研究中的应用进行了阐述,以期为相关研究提供参考.