脂質(zhì)代謝組學(xué)的研究進(jìn)展

邢智華

（靈武市農(nóng)牧局畜牧技術(shù)推廣服務(wù)中心，寧夏靈武751400）

脂質(zhì)代謝組學(xué)的研究進(jìn)展

邢智華

（靈武市農(nóng)牧局畜牧技術(shù)推廣服務(wù)中心，寧夏靈武751400）

脂質(zhì)是重要的生物大分子物質(zhì)之一，在生物體的生命活動(dòng)中起著重要作用。脂質(zhì)代謝組學(xué)則是近幾年來興起的一門以研究脂類物質(zhì)代謝調(diào)控各種生命活動(dòng)作用機(jī)制的學(xué)科。通過系統(tǒng)的機(jī)體內(nèi)脂類物質(zhì)代謝的研究，從而揭示與其他分子間相互作用的機(jī)理。隨著現(xiàn)代分析技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其以質(zhì)譜技術(shù)及質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在研究中的應(yīng)用，加速了對(duì)于脂質(zhì)研究的進(jìn)一步完善。脂質(zhì)代謝組學(xué)研究的不斷完善也將會(huì)推動(dòng)醫(yī)學(xué)及生命科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域研究的發(fā)展。

脂類物質(zhì)；代謝組學(xué)；發(fā)展

脂類物質(zhì)為生物體的生命活動(dòng)提供所需能量，因此參與生物體的大部分生命活動(dòng)，如物質(zhì)運(yùn)輸、信息傳遞及代謝調(diào)控等。據(jù)報(bào)道，許多常見疾病的發(fā)生都與脂質(zhì)代謝紊亂有關(guān)，如阿茲海默癥、肥胖、糖尿病、癌癥等［1］。研究脂質(zhì)在機(jī)體代謝過程中所起到的作用，對(duì)于了解疾病的發(fā)病機(jī)理、確診疾病及制定治療方法有著重要的意義。為能夠更多更全面的了解脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能及更準(zhǔn)確的掌握脂類物質(zhì)參與機(jī)體生命活動(dòng)的機(jī)理，探索脂類物質(zhì)的代謝特點(diǎn)及與疾病之間的相關(guān)聯(lián)系，為科學(xué)治療相關(guān)疾病提供理論支持和研究方向，脂類物質(zhì)代謝的系統(tǒng)研究將成為研究重點(diǎn)。

自1990年末，代謝組學(xué)在蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和基因組學(xué)的基礎(chǔ)上興起，由于代謝物種類多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，至今還很難用單一的方法一次將全部的代謝物檢測(cè)出來，因此要根據(jù)其特異性將其進(jìn)行分類，也正因如此使得代謝組學(xué)形成了一系列不同的分支，如脂質(zhì)代謝組學(xué)、毒素代謝組學(xué)、糖類代謝組學(xué)等［2］。而脂質(zhì)代謝組學(xué)作為其中最重要的分支，是近年來研究的熱點(diǎn)。2003年7月，正式提出脂質(zhì)代謝組學(xué)的概念，對(duì)生物體內(nèi)脂類物質(zhì)的研究放在系統(tǒng)水平上進(jìn)行，目的在于探索脂質(zhì)相互之間的作用以及與其他生物分子間作用的機(jī)理，以此形成的一門在各類生命現(xiàn)象中研究脂質(zhì)代謝調(diào)控作用機(jī)理的學(xué)科。

1　脂質(zhì)

1.1脂質(zhì)的概念及生物學(xué)功能

脂質(zhì)又稱為脂類，是脂肪和類脂的總稱。是一類不溶于水而易溶于有機(jī)溶劑，可以為機(jī)體利用的重要化合物。脂質(zhì)分子多種多樣，主要由碳、氫兩種元素以非極性的共價(jià)鍵組成。由于是非極性分子，因此不溶于水，屬于疏水分子。

脂質(zhì)分子在機(jī)體中具有重要作用，如磷脂分子作為結(jié)構(gòu)支架是構(gòu)成生物膜結(jié)構(gòu)的重要成分；油脂則是機(jī)體貯存和運(yùn)輸代謝所需能量的載體；脂類物質(zhì)還可以為機(jī)體提供所需的維生素和脂肪酸；體表的脂質(zhì)則有防止熱量散發(fā)和在機(jī)體受到機(jī)械損傷時(shí)起到保護(hù)作用；脂類作為細(xì)胞的表面物質(zhì)，與種特異性、組織免疫和細(xì)胞識(shí)別等也有著密不可分的聯(lián)系。

1.2脂質(zhì)的分類

美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院2003年將脂質(zhì)大體分為8大類：脂肪酸類、甘油脂類、甘油磷脂類、鞘脂類、固醇脂類、孕烯醇酮脂類、糖脂類、多聚乙烯類［3］。

1.3脂質(zhì)的代謝

脂質(zhì)代謝是生物體攝入的大部分脂肪由膽汁乳化成小顆粒，再經(jīng)胰腺和小腸所分泌的脂肪酶將脂肪水解成甘油單酯和游離的脂肪酸。水解后的小分子，被小腸吸收進(jìn)入血液。長(zhǎng)鏈脂肪酸和甘油單酯吸收后，在小腸細(xì)胞內(nèi)再次合成甘油三酯，再與膽固醇、蛋白質(zhì)和磷脂形成乳糜微粒，經(jīng)淋巴系統(tǒng)進(jìn)入血液循環(huán)。

2　脂質(zhì)代謝組學(xué)的概念及其發(fā)展

2.1脂質(zhì)代謝組學(xué)的基本概念

脂質(zhì)代謝組學(xué)的概念是由Han等最先提出的，對(duì)脂質(zhì)代謝組學(xué)給出的定義為研究生物體內(nèi)所有脂質(zhì)分子的特性及脂質(zhì)分子在基因調(diào)控和蛋白質(zhì)表達(dá)過程中作用的學(xué)科。脂質(zhì)組學(xué)的研究與其他組學(xué)相類似，都是利用規(guī)模性的研究技術(shù)，通過對(duì)生命體、組織或細(xì)胞等所含的脂質(zhì)組及與其相互作用的分子進(jìn)行研究，從而揭示生命體中脂質(zhì)的多樣性以及脂質(zhì)的生物功能與代謝調(diào)控，進(jìn)而進(jìn)一步探索脂質(zhì)與細(xì)胞、器官、生命體的生理、病理等過程之間的關(guān)系。目前，脂質(zhì)組學(xué)主要研究?jī)?nèi)容包括脂質(zhì)功能與代謝調(diào)控、脂質(zhì)及其代謝物分析鑒定、脂質(zhì)代謝途徑及代謝網(wǎng)絡(luò)三方面的研究。

脂質(zhì)代謝組學(xué)在整個(gè)代謝組學(xué)中占有舉足輕重的地位。因脂質(zhì)及其代謝物具有共同的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，在研究過程中對(duì)樣品進(jìn)行前處理和搭建分析平臺(tái)都較為容易；脂質(zhì)代謝組學(xué)的數(shù)據(jù)庫的建立和完善較快，同時(shí)能很好的建立與其他組學(xué)之間的聯(lián)系；在研究脂質(zhì)代謝組學(xué)建立的分析技術(shù)平臺(tái)還可用于代謝組學(xué)其他的研究，從而推動(dòng)代謝組學(xué)的發(fā)展［3］。

2.2脂質(zhì)代謝組學(xué)的發(fā)展

由于代謝組學(xué)、基因組學(xué)以及蛋白質(zhì)組學(xué)等規(guī)模性、整體性、系統(tǒng)性“組學(xué)”概念的興起，2003年國(guó)際上正式提出了脂質(zhì)組學(xué)這一新的前沿研究領(lǐng)域。脂質(zhì)組學(xué)的概念一經(jīng)提出，迅速成為國(guó)際上研究的熱點(diǎn)。美國(guó)、歐洲和日本的多所知名大學(xué)和國(guó)家科研機(jī)構(gòu)相繼成立了脂質(zhì)組學(xué)研究中心，如美國(guó)的LIPID MAPS、歐盟的Lipidomic Net等還有早期由日本政府資助的Lipid Bank，華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院也成立了名為ORY的脂質(zhì)組學(xué)研究小組，在奧地利成立了格拉茨脂質(zhì)組學(xué)研究中心，該中心由格拉茨大學(xué)、格拉茨技術(shù)大學(xué)和奧地利科學(xué)院等機(jī)構(gòu)共同建立。在我國(guó)，也在積極開展對(duì)于脂質(zhì)代謝組學(xué)的研究，如中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院、清華大學(xué)、北京大學(xué)等［4］。自2003年提出至今，在脂質(zhì)代謝組學(xué)研究的過程中又不斷產(chǎn)生了包括細(xì)胞脂質(zhì)代謝組學(xué)、氧化脂質(zhì)代謝組學(xué)、計(jì)算機(jī)脂質(zhì)代謝組學(xué)、類二十烷酸脂質(zhì)代謝組學(xué)、手性脂質(zhì)代謝組學(xué)、調(diào)節(jié)介質(zhì)脂質(zhì)代謝組學(xué)、功能脂質(zhì)代謝組學(xué)以及神經(jīng)脂質(zhì)代謝組學(xué)等在內(nèi)的諸多分支。隨著對(duì)酵母系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，酵母系統(tǒng)可以為脂質(zhì)代謝組學(xué)研究中對(duì)脂質(zhì)代謝和分子遺傳學(xué)分析提供高比例的結(jié)構(gòu)工具和調(diào)控基因［5］。

3　脂質(zhì)代謝組學(xué)的研究方法

隨著近幾年檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展和分析方法的逐步改進(jìn)，極大的推動(dòng)了脂質(zhì)代謝組學(xué)研究的不斷前進(jìn)。脂質(zhì)代謝組學(xué)的研究主要包括脂質(zhì)的提取、分離、分析檢測(cè)和相關(guān)的生物信息學(xué)技術(shù)。目前已經(jīng)建立的脂質(zhì)分析方法較多，主要有薄層色譜（TLC）法、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）法、電噴霧電離質(zhì)譜（ESI-MS）法、基質(zhì)輔助激光解吸附電離飛行時(shí)間質(zhì)譜（MALDITOF-MS）法和核磁共振（NMR）法等［4］。

其中，薄層色譜（TLC）法是最早應(yīng)用于脂質(zhì)分析的色譜法。TLC法具有直觀、快捷的優(yōu)點(diǎn)，能快速分離脂質(zhì)，且價(jià)格相對(duì)便宜。脂質(zhì)經(jīng)過薄層色譜的初步分離后，還可以再運(yùn)用高效液相色譜和氣相色譜法或GC-MS和HPLC-MS做進(jìn)一步的分析。但是，薄層色譜法的缺點(diǎn)在于分辨率及靈敏度相對(duì)不高，分析需要大量的樣品，樣品中雜質(zhì)含量的多少易干擾檢測(cè)過程中的顯示反應(yīng)。另外，切除薄層色譜板上斑點(diǎn)的過程中，易發(fā)生不飽和脂類氧化，樣品中部分脂類分子的結(jié)構(gòu)因此會(huì)被破壞［6］。

氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用分析法是一種有較好分離效率的脂質(zhì)分析方法。但同時(shí)GC-MS法也具有不可避免的缺陷。氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用分析法分析的有機(jī)物必需具有揮發(fā)性，因此在對(duì)脂質(zhì)中不具有揮發(fā)性的成分則需要用磷脂酶C先將其水解，提高其揮發(fā)性，進(jìn)而才能進(jìn)行GC-MS分析，會(huì)造成位于脂質(zhì)sn-1、sn-2?；坏闹舅徭湹奈稽c(diǎn)信息丟失；需要大量的樣品來進(jìn)行樣品衍生化處理，并因此產(chǎn)生額外的檢測(cè)時(shí)間和引起樣品的變質(zhì)。GC-MS法由于具有上述缺陷而限制了其在復(fù)雜脂質(zhì)分子測(cè)定上的應(yīng)用［7］。

電噴霧電離質(zhì)譜（ESI-MS）法因其具有需要樣品少、前處理簡(jiǎn)單、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)今脂質(zhì)代謝組學(xué)分析研究中應(yīng)用最多的軟電離法。電噴霧電離質(zhì)譜法也同樣具有弊端。若需要分析的脂質(zhì)所具有的豐度較低則很難用此法進(jìn)行分析；在使用此法進(jìn)行分析時(shí)由于緩沖鹽Li+的加入，會(huì)因離子源污染而導(dǎo)致質(zhì)譜儀使用壽命縮短［8］。

脂質(zhì)代謝組學(xué)研究中較為成熟的方法是基質(zhì)輔助激光解吸附電離飛行時(shí)間質(zhì)譜（MALDITOFMS）法，應(yīng)用這種分析方法時(shí)不需要對(duì)酶類進(jìn)行純化處理。

核磁共振（NMR）法因其靈敏度較低限制了對(duì)其的運(yùn)用，一般用于疾病檢測(cè)和脂質(zhì)含量較高成分的測(cè)定，如磷脂酰膽堿和膽固醇的檢測(cè)［4，9］。

3　小結(jié)

脂質(zhì)代謝組學(xué)作為20世紀(jì)90年代后期剛剛興起的學(xué)科，在其研究領(lǐng)域已取得重大進(jìn)展。但由于脂質(zhì)代謝組學(xué)相對(duì)起步較晚，研究成果也比較有限。但也正因如此，脂質(zhì)代謝組學(xué)在今后的研究中還有著極大的進(jìn)步空間和發(fā)展?jié)摿?。脂質(zhì)代謝組學(xué)的快速發(fā)展必將推動(dòng)其他組學(xué)的前進(jìn)，也將對(duì)生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)的進(jìn)步起到重要作用［10-13］。

［1］朱超，胡坪，梁瓊麟，等.脂組學(xué)及其研究進(jìn)展［J］.分析化學(xué)，2009，37（9）:1 390-1 396.

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［3］蔡潭溪，劉平生，楊福全，等.脂質(zhì)組學(xué)研究進(jìn)展［J］.生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展，2010，37（2）:121-128.

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［7］譚力，鞠熀先，黎介壽，等.血清總磷脂脂肪酸組分的固相萃取-氣相色譜法分析［J］.分析科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，22（2）:125-128.

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［10］許會(huì)彬，周虹.脂類代謝組學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用［J］.醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)雜志，2008，5（5）:423-427.

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Research Progress on Lipid Metabonomics

XING Zhihua

（Lingwu Animal Husbandry and Technology Promotion Service Center，Lingwu 751400，Ningxia China）

Lipid is one of the important biological macromolecule，playing an important role in the life activities.Lipid metabonomics is a subject that studies the regultion of lipid metabolism in various life activities in recent years.Through the system study of lipid metabonomics on body，it reveals the interation mechanism between with other molecules.Along with the advance of modern analytical technology，especially with mass spectrometry and spectrometry technology application in the research，accelerated the lipid research further perfected.Futher im?provement of lipid metabonomics study will also promote the development of medical and related fields of life science research.

lipid；metabonomics；development

Q54；Q26

A

1001-0084（2016）09-0018-03

2016-07-11

邢智華（1988-），女，寧夏吳忠人，碩士，助理畜牧師，主要從事反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究及畜牧技術(shù)推廣。