药物代谢组学研究方法及其应用于肿瘤诊治

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1、药物代谢组学研究方法及其应用于肿瘤诊治　　药物代谢组学（pharmaco-metabonomics）是在后基因时代和系统生物学的背景下，以代谢组学为平台，并与药学紧密交叉且有机结合而形成的一门新兴学科。它依托现代分析技术、化学计量学和生物信息学技术，通过分析比较给药前后生物体液中小分子代谢物轮廓的改变，进行药物疗效和毒性的评价和预测[1].在肿瘤的发生及进展中，肿瘤细胞中的微小变化都会引起代谢物的延增效应,产生大量的代谢物[2],而这些小分子的产生和代1映生物体系的状态[3].因此，药物代谢组学在肿瘤诊治、药物使用安全和预后评价中的作用越来越受到关注。本文

2、就药物代谢组学的概念、研究方法及其在肿瘤诊治中的应用等方面的研究进展进行综述。　　1代谢组学和药物代谢组学的概念　　1999年，英国学者Nicholson等[4]将代谢组学（metabonomics）定义为：以动物的体液和组织为研究对象，运用核磁共振（nuclearmagicresonance,NMR）、色谱、质谱（massspectrometry,MS）等分析技术，研究生物体对病理生理刺激或基因修饰产生的代谢物质如糖、脂质、氨基酸、维生素等的质和量的动态变化，它关注的对象是相对分子质量在1000以下的小分子化合物。2000年，德国学者Fiehn等[5]将

3、代谢组学定位为一个静态的过程，也可称为代谢物组学,即对限定条件下的特定生物样品中所有代谢产物的定性定量分析，并按照研究目的不同，将生物体系的代谢产物分析分为4个层次，即代谢物靶标分析（metabolitetargetanalysis）、代谢轮廓（谱）分析（metabolicprofilinganalysis）、代谢指纹分析（metabolicfingerprintinganalysis）和代谢组学分析（metabonomicsanalysis）.　　随着代谢组学的发展，Clayton等[6]于2006年提出了药物代谢组学的概念：借助代谢组学技术平台，通过对

4、个体给药前代谢物所包含的信息研究，预测个体对药物的代谢和毒性反应及其差异。药物代谢组学从系统生物学的角度，通过研究药物引起的内源性代谢物的动态变化，能够直接反映体内生物化学过程和状态变化，进而有助于在整体水平了解药物作用及其与内源性物质变化的关联[7],从而阐明药物的药效、作用机制和毒性进行预测。近年来，药物代谢组学在肿瘤诊治中的研究越来越广泛，特别是在肿瘤药物疗效判断、毒性作用、耐药预测、个性化用药以及肿瘤标志物发现上发挥重要作用。　　2药物代谢组学的研究方法　　药物代谢组学的分析流程主要包括：生物样品的采集与前处理、样品的制备和数据的采集、分析及解释等

5、步骤。　　2.1生物样品的采集与前处理　　生物样品来自生物体液如唾液、眼泪、呼出空气、脑脊液、支气管肺泡灌洗液、胆汁、乳液、细胞提取物及组织提取液，其中血液和尿液最为常用。一般液体生物样品（尿液、血液、唾液）的采集量为毫升级，固体生物样品（组织、器官）的采集量为毫克级，细胞培养样品按细胞数计为1106~1107级。为减少活性酶的影响，一般采取快速改变样本温度或pH来实现代谢灭活[8].目前生物样品的提取方法主要包括液液萃取、冷冻干燥、加速溶剂萃取、超声波萃取、固相萃取、固相微萃取等，其中以预冷（-20℃或4℃）甲醇、甲醇-氯仿（3∶1）液液萃取最为常用。S

6、chaub等[9]通过建立样本快速转移、灭活和定量化提取流程，有效提高了生物样品的回收率、准确性和重复性。　　2.2生物样品的制备　　根据不同的实验目的、样品种类和数据分析仪器，样品的提取制备步骤有所不同[10-11].比如，采用NMR为数据采集手段时，对样品制备要求相对简单，样品一般只需要加入缓冲盐溶液调节pH,以减少酸碱度变化造成的化学位移偏差；若以气质联用（gaschromatography-massspectrometry,GC-MS）技术采集数据，样品在进样前需要做复杂的衍生化处理，最常用的是甲氧基胺肟化结合氮-甲基-氮-（三甲基硅烷基）三氟乙酰

7、胺（MSTFA）硅烷化的两步衍生化法，以降低待测物的沸点、提高稳定性、增强质谱响应、调节色谱行为；若以液质联用（liquidchromatography-massspectrometry,LC-MS）技术采集数据，需要在样品中加入有机试剂或过滤膜以除去大分子蛋白[1].　　2.3数据采集和处理　　代谢组学的数据采集和处理分析技术主要包括NMR、MS以及与气相、液相及毛细管电泳质谱联用技术，这些技术各有优缺点，互为补充。NMR技术样品预处理简单、无损伤性、无偏向性，但灵敏度低、分辨率差[12].MS技术灵敏度强、专一性高、有标准谱图库，但选择性低、识别力差、

8、离子化程度易波动等[13].因此，MS常与其他色谱技术联用，如气相