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第41卷第2期              龚俊杰，刘秀秀，王 平，等. 代谢组学在胶质母细胞瘤相关研究中的应用［J］.
                  2021年2月                     南京医科大学学报（自然科学版），2021，41（02）：296-305                       ·297 ·


                血管内皮细胞的功能异常会损害海马神经元的结                             展出磁共振波谱成像（magnetic resonance spectro⁃
                构导致动物认知功能障碍，星形胶质细胞的功能异                            scopic imaging，MRSI）技术，该技术在代谢组学相关
                常会加剧神经元的异常放电诱导癫痫发生等，据此                            研究中被广泛应用，尤适合在体研究脑部疾病（如
                我们有理由相信维持神经胶质细胞的稳态对于神                             脑部肿瘤、阿尔茨海默症等）的代谢规律                  ［10-11］ 。高分
                经血管单元的结构和功能同样具有重要意义                      ［4-5］ 。  辨魔角旋转核磁共振波谱（high resolution magic an⁃
                换而言之，神经胶质细胞的异常增殖形成的神经胶                            gle rotation⁃NMR，HRMAS⁃NMR）是 NMR 在代谢组
                质瘤将严重影响脑功能甚至威胁人类的生命。基                             学领域广泛应用的代表性技术，已成为一种以非破
                于以上两点，本文重点探讨代谢组学在治疗较为困                            坏方式直接分析生物样本的重要手段，尤适合分析
                难且预后较差的胶质母细胞瘤中的应用。                                半固体状的生物组织样本（如组织、细胞等），可以
                                                                  有效避免分子运动受限以及磁化率不均匀引起的
                1  代谢组学概述
                                                                  谱线增宽，提高代谢物检测分辨率               ［12］ 。
                    代谢组学（metabonomics）的概念最早在1999年                     质谱主要提供代谢物相对分子质量等信息，具
                被提出，它是研究生物体在生理、病理状态时或外                            有检测范围宽泛、灵敏度高、专属性强等优点。在
                界理化因子刺激下内源性代谢物质的整体特征及                             代谢组学的研究中，质谱通常与液相色谱、气相色
                其变化规律的一门学科 。其核心任务是通过高通                            谱联用，充分发挥色谱对复杂生物代谢物样本的前
                                     ［6］
                量检测平台鉴定能够反映生物表型的生物标志物                             期分离作用，有利于后续更有针对性的质谱检测。
                和利用模式识别将生物标志物与生物学功能进行                             相比于常规色谱，超高效液相（ultra performance liq⁃
                关联。代谢组学从研究特点上分为靶向代谢组学                             uid chromatography，UPLC）使用超高压输液泵和小
                和非靶向代谢组学，在肿瘤生物标志物研究中使用                            孔径固定相颗粒，提高用于检测的代谢组学样本成
                较多的是非靶向代谢组学，其特点是无偏向的检测                            分的分离度，从而达到更好的分辨率                 ［13］ 。高效毛细
                样本中所有能检测到的代谢物分子，对代谢物进行                            管电泳（high performance capillary electrophoresis，
                相对定量，通过生物信息学方法进行差异分析和通                            HPCE）则适合高极性和带电代谢物的分离，并且能
                路分析，寻找具有显著生物学意义的生物标志物。                            与质谱实现联用        ［14］ 。另外，质谱串联（tandem mass
                代谢组学的研究对象主要包括体液（如血液、尿液、                           spectrometry）适合进行代谢通量分析，旨在揭示复
                脑脊液等）、细胞、组织等生物系统中所有小分子量                           杂生化网络中的代谢反应速率，是代谢组学研究领
               （＜1.0~1.5 kDa）内源性代谢物的完整集合，例如碳                      域一种新的实验方法           ［15］ 。质谱成像（imaging mass
                水化合物、脂质、氨基酸、小分子肽以及维生素等 。                          spectrometry，IMS）被用于研究复杂生物样本中代谢
                                                           ［7］
                值得强调的是，科学的样本收集是确保待检样本的                            物的空间分布，该技术已广泛应用于组织中脂质、
                代谢特征能准确表征生物性状或表型的前提，因此                            糖类等物质的成像，有助于更好地呈现细胞内重要
                能否快速实现取材部位的代谢淬灭和能否做到精                             物质的分布情况       ［16-17］ 。
                准取材以及样本制备的方法学是否可靠是确保代                                 此外，代谢产物的鉴定和定量能够让我们了解
                谢组学研究意义的关键所在，最终的目的是代谢组                            生物体代谢情况，但不能反映它们之间相互流通和
                学的结果能更符合肿瘤本身的代谢特征                  ［8-9］ 。        转化等信息。稳定同位素（如 C）标记技术能够在
                                                                                             13
                    核 磁 共 振 波 谱（nuclear magnetic resonance，       体内监测和追踪细胞内的代谢反应，有助于揭示某
                NMR）和高效液相色谱/气相色谱⁃质谱联用（high                        种代谢产物的来源或去向，使人们更好地了解病理
                performance liquid chromatography/gas chromatogra⁃  以及生理状态下的代谢规律的动态变化                ［18］ 。
                phy⁃mass spectrometry/ mass spectrometry，HPLC/GC      代谢组学研究趋向于整合化、定量化、标准化
                ⁃MS/MS）是代谢组学常采用的两种检测技术。核磁                         方向发展，特别是规范的代谢组学数据分析备受关
                共振波谱技术包括氢谱（H⁃NMR）、碳谱（ C⁃NMR）                      注。代谢组学仪器平台能够对肿瘤样本内成百上
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                以及二维谱（2D⁃NMR）等检测类型，主要提供代谢                         千个代谢物进行高通量检测，产生庞大且多维度的
                物的碳骨架和氢原子环境等化学结构相关信息，该                            代谢谱数据，必须应用多元统计学等学科方法对数
                技术具有样本制备量少、可重复性好、样本物态（液                           据进行降维或聚类分析，以便能宏观上把握复杂的
                体、固体、半固体）选择灵活等优势 。将核磁共振                           数据，从而更有效地挖掘信息。代谢组学数据处理
                                               ［7］
                的波谱学特征与核磁共振的影像学特征相结合发                             的主要流程包括数据归一化、模型构建、模型评价、
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