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代谢物，小型非聚会分子是代谢反应的中间或最终产物，已成为生物医学研究和精密医学的强大工具。
该术语代谢组于1998年引入，代表了细胞，组织或整个生物体中代谢产物的整个实体。1从那时起，代谢组学已获得令人印象深刻的吸引力，尤其是由于它与系统生物学的相关性或破译生物过程复杂性的整体方法。代谢组学完全符合该概念，其在OMICS级联中的基因组学和转录组学下游的战略位置以及受周围环境因素的紧密联系和影响。通常，代谢组提供了基因组分析无法解释给定表型的见解，为此，该领域正在获得众多与病理相关的地区（包括癌症，糖尿病和心脏病）的欣赏。2
从技术的角度来看，代谢物分析取决于分析化学的原理。主要方法是质谱（MS），以靶向或未靶向的方式应用，核磁共振（NMR）和稳定的同位素标记进行构成量代代谢体通量分析。这些方法中的每一种都有其优点和缺点，选择取决于研究的最终目标。3，，，，4
代谢组的多样性不断挑战研究人员，并创造了一系列的观点，这是最全面，最精确的方法。
有两种方法 - 有针对性与无靶向代谢组学
目前，该领域有两种方法：靶向和未靶向代谢组学。靶向代谢组学是使用经过验证的内部控制的定义和注释代谢物的定量测量。未靶向的代谢组学是对生物样品中多达10 000代谢产物的全面测量，允许 还 识别未知实体。两种方法都有其优势和局限性，使其适合不同的研究环境。
杜克分子生理研究所的创始董事克里斯托弗·纽加德（Christopher Newgard）教授在该领域花费了40多年的历史，将有针对性的代谢组学应用于临床使用。他的工作已经洞悉了包括糖尿病和心血管疾病在内的各种病理学领域的代谢方面，并将这种方法带入了令人印象深刻的全面性水平。“我们已经建立了目标模块。今天，我们通过目标方法测量了400多个分析物， 透明 纽盖德说。他是坚强的支持者使用靶向代谢组学，并提倡以精确和定量的方式测量代谢物生物问题或预测疾病结果 或者 倾向。 5 Newgard说：“我关心的是能够以可靠的方式衡量事物，并以您可以理解生物系统中发生的事情的方式进行。”
圣路易斯华盛顿大学的小组负责人加里·帕蒂（Garry Patti）教授反映了相对于有针对性的代谢组学的不靶向代谢组学的力量，例如某人在街头灯光下寻找失去的钥匙，尽管他丢失了其他地方的地方。天黑了，他看不到任何东西，所以这个人只在光线下看着。”
“这是靶向代谢组学的方式。您正在寻找某些分子，但是您只是在灯光下寻找。是帕蒂说。但是，科学家高度赞赏有针对性的代谢组学的重要性：“靶向代谢组学在临床领域和其他生物学领域非常有用”，但也承认鉴定新代谢物并做出新发现的重要性。“未靶向代谢组学的优势是发现在特定疾病状态或生理状态下改变的分子或代谢产物的潜力。”
帕蒂（Patti）的实验室利用了使用非靶向代谢组学识别新代谢产物的，他对这种方法所提供的障碍并不陌生，以及它与目标分析的差异。他反映：“当您进行非靶向代谢组学时，您不知道自己想要什么。代谢空间非常模棱两可，我们无法以您在有针对性的实验中采取的经典方式优化方法。”
当前代谢组学面临的主要挑战正在面临
Scientists may be divided in their opinions on the appropriate method of choice, but they are certainly on the same page when it comes to the challenges and limitations their field is facing.
帕蒂说：“我认为，实际上是数据处理和结果的生物学解释仍然是当前代谢组学目前的主要挑战。这就是我看到人们大多数人陷入困境的事情。”尽管对非目标方法更为关键，但纽格德（Newgard）看到了同样的数据解释和理解：“我经常认为 联合国使用靶向代谢组学，并 描述性信息被传播，然后没有进行跟进。”
两位研究人员都同意，他们今天处理的技术非常成熟和复杂，并且有一个主要的挑战性问题 - 如何解释和理解生成的数据。“仍然很棘手的是试图理解所有这些数据的含义。如何将其转换为生物学上有意义的事物？”添加了Patti。
面对他们的不同方法
为了克服这一挑战， 科学家正在采用不同的方法。“我们需要软件，需要代谢组数据库，”确定是Patti。的确，他的小组通过介绍复杂的贡献来促进该领域的进步 软件解决方案 具有代谢组学领域的各种特定应用。 t 他toxcms ， 例如， 正在开发以促进对旨在评估的非靶向代谢组学研究的分析 一个 药物的剂量反应和 这 脱靶效应的生化机制。 6
X13另一方面，CMS是由Patti及其同事设计的软件工具，用于跟踪同位素标签并评估代谢通量。7
Newgard的团队主要集中在将代谢物的量化纳入助体分析中。他的团队此前曾合作使用NMR进行通量分析，现在已经开发了内部工具来与MS一起做到这一点。 8 他解释说：“这全都基于提供稳定的同位素标记的底物，然后将其追溯到产品中。”
Newgard对未来和他的方法的潜力具有清晰的愿景：“我看到我们前进的地方总是要拥有有针对性和定量可再现和严格的分析的强大基础，但随后将其链接到代谢途径中发生的事情进行代谢通量分析的能力。”
代谢组学的未来角色
随着引入Warburg效应，描述了肿瘤细胞向有氧糖酵解的代谢转移，癌症研究是理解和将代谢组学应用于基础和临床研究的领导者。9 影响器官和过程的其他疾病高度依赖代谢事件，例如心血管疾病和糖尿病，并没有落后。如今，了解任何病理状况的代谢调节为高度个性化治疗带来了巨大的希望。Newgard说：“我认为没有任何慢性人类疾病，代谢组学不能成为重要的研究工具。”帕蒂补充说：“代谢与每个生物学过程有关，代谢组学对每种疾病状态都可能有用。”
当被问及代谢组学对精密医学的潜力时，纽加德说：“我认为代谢组是化学表型，它在所有上游遗传和其他变体上都读出。我认为，如果这是逻辑上强大的精确医学工具，即它做得正确。（...）问题是组装了足够全面的介入队列。”
尽管在某种程度上分为他们的方法和工具，但代谢组学研究人员将来愿意将来对基于代谢组的个性化医学方法以及他们遇到和认识的共同挑战统一。他们的集体努力无疑将为破译代谢组学守则铺平道路。
参考：
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2. Newgard CB。代谢组学和代谢疾病：我们站在哪里？细胞代谢。2017; 25（1）：43-56。doi：10.1016/j.cmet.2016.09.018。
3. Zamboni N，Saghatelian A，Patti GJ。定义代谢组：大小，通量和调节。摩尔细胞。2015; 58（4）：699-706。doi：10.1016/j.molcel.2015.04.021。
4. McGarrah RW，Crown SB，Zhang G-F，Shah SH，Newgard CB。心血管代谢组学。Circ Res。2018; 122（9）：1238-1258。doi：10.1161/circresaha.117.311002。
5. Kraus WE，Muoio DM，Stevens R等。代谢组定量性状基因座（MQTL）映射暗示了心血管疾病发病机理中的泛素蛋白酶体系统。Lusis AJ，编辑。PLOS基因。2015; 11（11）：E1005553。doi：10.1371/journal.pgen.1005553。
6. Yao C-H，Wang L，Stancliffe E等。使用TOXCMS软件了解生化机制和脱靶药物效应的剂量反应代谢组学。肛门化学。2020; 92（2）：1856-1864。doi：10.1021/acs.analchem.9b03811。
7。Huang X，Chen Y-J，Cho K，Nikolskiy I，Crawford PA，Patti GJ。X 13 cms：无靶向代谢组学中同位素标签的全局跟踪。肛门化学。2014; 86（3）：1632-1639。doi：10.1021/ac403384n。
8. Lu D，Mulder H，Zhao P等。13C NMR同位素分析揭示了丙酮酸循环与葡萄糖刺激的胰岛素分泌（GSIS）之间的联系。Proc Natl Acad Sci。2002; 99（5）：2708-2713。doi：10.1073/pnas.052005699。
9。Warburg O，Wind F，Negelein E. T他m依代谢代谢oFtUMORS在身体里。J Gen Physiol。1927; 8（6）：519-530。doi：10.1085/jgp.8.6.519。
