藥物代謝組學（ pharmaco-metabonomics） 是在后基因時代和系統生物學的背景下，以代謝組學為平臺，并與藥學緊密交叉且有機結合而形成的一門新興學科。它依托現代分析技術、化學計量學和生物信息學技術，通過分析比較給藥前后生物體液中小分子代謝物輪廓的改變，進行藥物療效和毒性的評價和預測[1].在腫瘤的發生及進展中，腫瘤細胞中的微小變化都會引起代謝物的“延增效應”,產生大量的代謝物[2],而這些小分子的產生和代1映生物體系的狀態[3].因此，藥物代謝組學在腫瘤診治、藥物使用安全和預后評價中的作用越來越受到關注。本文就藥物代謝組學的概念、研究方法及其在腫瘤診治中的應用等方面的研究進展進行綜述。
1 代謝組學和藥物代謝組學的概念
1999 年，英國學者 Nicholson 等[4]將代謝組學（ metabonomics） 定義為： 以動物的體液和組織為研究對象，運用核磁共振（ nuclear magnetic resonance,NMR） 、色譜、質譜（ mass spectrometry,MS） 等分析技術，研究生物體對病理生理刺激或基因修飾產生的代謝物質如糖、脂質、氨基酸、維生素等的質和量的動態變化，它關注的對象是相對分子質量在1 000 以下的小分子化合物。2000 年，德國學者Fiehn 等[5]將代謝組學定位為一個靜態的過程，也可稱為“代謝物組學”,即對限定條件下的特定生物樣品中所有代謝產物的定性定量分析，并按照研究目的不同，將生物體系的代謝產物分析分為 4 個層次，即代謝物靶標分析（ metabolite targetanalysis） 、代謝輪廓 （ 譜） 分析 （ metabolic profilinganalysis） 、代謝指紋分析 （ metabolic fingerprintinganalysis） 和代謝組學分析（ metabonomics analysis） .
隨著代謝組學的發展，Clayton 等[6]于 2006 年提出了藥物代謝組學的概念： 借助代謝組學技術平臺，通過對個體給藥前代謝物所包含的信息研究，預測個體對藥物的代謝和毒性反應及其差異。藥物代謝組學從系統生物學的角度，通過研究藥物引起的內源性代謝物的動態變化，能夠直接反映體內生物化學過程和狀態變化，進而有助于在整體水平了解藥物作用及其與內源性物質變化的關聯[7],從而闡明藥物的藥效、作用機制和毒性進行預測。近年來，藥物代謝組學在腫瘤診治中的研究越來越廣泛，特別是在腫瘤藥物療效判斷、毒性作用、耐藥預測、個性化用藥以及腫瘤標志物發現上發揮重要作用。
2 藥物代謝組學的研究方法
藥物代謝組學的分析流程主要包括： 生物樣品的采集與前處理、樣品的制備和數據的采集、分析及解釋等步驟。
2. 1 生物樣品的采集與前處理
生物樣品來自生物體液如唾液、眼淚、呼出空氣、腦脊液、支氣管肺泡灌洗液、膽汁、乳液、細胞提取物及組織提取液，其中血液和尿液最為常用。一般液體生物樣品（ 尿液、血液、唾液） 的采集量為毫升級，固體生物樣品（ 組織、器官） 的采集量為毫克級，細胞培養樣品按細胞數計為 1 × 106~ 1 × 107級。為減少活性酶的影響，一般采取快速改變樣本溫度或 pH 來實現代謝滅活[8].目前生物樣品的提取方法主要包括液液萃取、冷凍干燥、加速溶劑萃取、超聲波萃取、固相萃取、固相微萃取等，其中以預冷（ -20 ℃或 4 ℃） 甲醇、甲醇-氯仿（ 3∶ 1） 液液萃取最為常用。Schaub 等[9]通過建立樣本快速轉移、滅活和定量化提取流程，有效提高了生物樣品的回收率、準確性和重復性。
2. 2 生物樣品的制備
根據不同的實驗目的、樣品種類和數據分析儀器，樣品的提取制備步驟有所不同[10-11].比如，采用 NMR 為數據采集手段時，對樣品制備要求相對簡單，樣品一般只需要加入緩沖鹽溶液調節 pH,以減少酸堿度變化造成的化學位移偏差； 若以氣質聯用（ gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS）技術采集數據，樣品在進樣前需要做復雜的衍生化處理，最常用的是甲氧基胺肟化結合氮-甲基-氮-（ 三甲基硅烷基） 三氟乙酰胺（ MSTFA） 硅烷化的兩步衍生化法，以降低待測物的沸點、提高穩定性、增強質譜響應、調節色譜行為； 若以液質聯用（ liquidchromatography-mass spectrometry,LC-MS ） 技術采集數據，需要在樣品中加入有機試劑或過濾膜以除去大分子蛋白[1].
2. 3 數據采集和處理
代謝組學的數據采集和處理分析技術主要包括 NMR、MS 以及與氣相、液相及毛細管電泳質譜聯用技術，這些技術各有優缺點，互為補充。NMR技術樣品預處理簡單、無損傷性、無偏向性，但靈敏度低、分辨率差[12].MS 技術靈敏度強、專一性高、有標準譜圖庫，但選擇性低、識別力差、離子化程度易波動等[13].因此，MS 常與其他色譜技術聯用，如氣相色譜-質譜（ GC-MS） 、液相色譜-質譜（ LC-MS） 、超高效液相色譜串聯質譜（ UPLC-MS / MS） 、高分辨氣相色譜-飛行時間質譜（ gas chromatogra-phy time of flight mass spectrometry,GC-TOF / MS） 、超高效液相色譜/高分辨飛行時間質譜技術（ UP-LC / TOF-MS） 、傅里葉變換離子回旋共振技術（ FT-ICR） 、直接輸注大氣壓電離化質譜技術 （ DIMS）等[14].目前，LC-MS/MS 技術是藥物代謝組學的重要工具，主要包括串聯質譜系統（ MS/MS 或 MS1技術） 、信息依賴掃描（ IDA） 和能量相關二級質譜（ MSE） 數據采集方法。其中，串聯質譜系統有子離子掃描、母離子掃描、中性丟失掃描和多反應監測或選擇反應監測 4 種數據采集方式。
2. 4 數據分析及解釋
代謝組學的數據分析是指將海量多維和分散的譜學數據進行提取、峰對齊、去噪等處理，通過整理、轉換、統計、輸出，最終解釋其生物學意義。分析方法主要包括主成分分析（ principal componentanalysis,PCA ） 、非線形映射 （ non linear maping,NLM） 和聚類分析 （ cluster analysis,CA） 等非監督分類方法，以及顯著性分析（ discriminant analysis,DA） 、獨立建模分類法 （ SIMCA） 、偏最小二乘法（ PLS） 和偏最小二乘法顯著性分析（ PLS-DA） 等監督分類方法[15].為了快速對代謝物進行鑒定，提高數據分析效率，研究人員建立了代謝組學分析數據庫[如美國國家健康研究院（ NIH） 數據庫和人類代謝數據庫（ HMDB） 等],目前數據庫包含的代謝條目已超過7 900 條[16].
3 藥物代謝組學在腫瘤診治中的應用
3. 1 藥物代謝組學在腫瘤治療效果評價中的應用
手術切除腫瘤病灶和放化療治療，體內腫瘤的負荷明顯下降，代謝譜也會發生變化，可以通過藥物代謝組學來判斷腫瘤患者的手術、放化療效果。
Feng 等[17]采用反相高效液相色譜法檢測 52 例結直腸癌患者術前1 d 與術后8 d 尿中14 種正常與修飾核苷水平，同時以 62 例健康志愿者作為對照組，結果發現40 例結直腸癌患者的假尿嘧啶核苷（ Pseu） 、1-甲基腺苷（ m1A） 、2,2-二甲基鳥苷（ m22G） 等在根治性手術后 8 d 顯著降低，說明尿核苷在結直腸癌診斷和手術療效評價中有臨床實用價值。Ma 等[18]采用 GC-MS 與模式識別技術（ pattern recognitiontechnique） 對 30 例結直腸癌患者手術前后的血清進行檢測分析，結果發現術后患者血清中的 L-纈氨酸、1-脫氧葡萄糖等 7 種代謝物的含量下降，而L-酪氨酸上升，提示藥物代謝組學可以作為結腸癌患者預后和手術療效評價的重要技術。Wibom等[19]采用立體定向顯微透析法收集膠質母細胞瘤患者放療前、后 5 d 內瘤組織及毗鄰腦組織的細胞外液，發現代謝物具有顯著差異?；熕幬镒饔糜跈C體后，代謝物的變化先于可測得的臨床或病理變化，提示代謝物監測可用于早期判斷化療療效，調整化療方案。Kim 等[20]連續 5 d 對小鼠人胃癌移植瘤模型行阿霉素腹腔注射，利用 NMR 檢測分析治療前和治療后2、5 d 的尿液，結果顯示治療后尿液中氧化三甲胺、馬尿酸和?；撬岬暮匡@著升高，而 2-酮戊二酸、三甲胺、檸檬酸等物質的含量則明顯降低，提示藥物代謝組學可以反映阿霉素的抗腫瘤效果，指導臨床用藥。Pan 等[21]發現暴露于順鉑后的 4 種腦腫瘤細胞株的葡糖胺（ UDP-GlcNAc）和尿苷二磷酸-N-乙?；肴樘前罚?UDP-GalNAc）的含量較暴露前明顯增加，而對順鉑無響應的細胞株中的代謝物則無明顯變化，提示該方法可以作為提示腫瘤細胞增殖和惡性轉移的重要依據。
