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第1章　绪论 1

1.1　代谢组学简介 1

1.1.1　代谢组学发展的时代背景 1

1.1.2　代谢组学研究现状 4

1.1.3　代谢组学与系统生物学 8

1.2　代谢组学的研究方法 8

1.2.1　样品采集与制备 10

1.2.2　代谢组数据的采集 10

1.2.3　数据分析平台 12

1.2.4　代谢组学数据库 13

1.3　代谢组学的应用 14

1.3.1　药物研发 14

1.3.2　疾病研究 15

1.3.3　植物代谢组学 16

1.3.4　微生物代谢组学 17

1.3.5　代谢组学与中医药现代化 17

1.4　代谢组学发展展望 18

参考文献 22

第2章　气相色谱-质谱技术在代谢组学中的应用 29

2.1　气相色谱-质谱联用技术 29

2.1.1　GC-MS的工作原理 30

2.1.2　全二维气相色谱-飞行时间质谱联用技术（GC×GC-TOFMS） 31

2.1.3　质谱谱图库 34

2.2　基于GC-MS、GC×GC-TOFMS的代谢组学技术平台 34

2.2.1　样品的采集与制备 34

2.2.2　数据采集 36

2.2.3　基于GC-MS、GC×GC-TOFMS技术的代谢组学数据处理 38

2.2.4　代谢物的结构鉴定 41

2.3　代谢组学应用 42

2.3.1　GC-MS在代谢组学研究中的应用 42

2.3.2　全二维气相色谱在代谢组学研究中的应用 42

2.4 发展与展望 45

参考文献 46

第3章　液相色谱及液相色谱-质谱联用技术在代谢组学研究中的应用 49

3.1　液相色谱及液相色谱-质谱联用技术 49

3.1.1　液相色谱 49

3.1.2　液相色谱-质谱联用 50

3.1.3　基于液相色谱及液相色谱-质谱联用技术的代谢组学方法的优势和发展趋势 52

3.2　用于极性小分子分析的二维液相色谱分离系统 55

3.3 液相色谱及液相色谱-质谱联用技术在代谢组学研究中的应用实例 58

3.3.1　液相色谱代谢轮廓分析方法用于肝脏疾病严重程度的诊断 59

3.3.2　基于液相色谱-质谱联用技术的代谢组学方法用于慢性乙型肝炎的急性发作疾病研究 63

3.3.3　全二维亲水作用色谱质谱联用技术用于极性复杂样品中结构类似组分的分离和鉴定 74

参考文献 84

第4章　超高效液相色谱-质谱及在代谢组学中的应用 87

4.1　超高效液相色谱的理论基础 87

4.1.1　van Deemter方程 87

4.1.2 超高效液相色谱仪器 88

4.2　超高效液相色谱与HPLC分析性能的比较 88

4.2.1　超高效液相色谱与HPLC色谱分离性能的理论比较 88

4.2.2　超高效液相色谱、HPLC与质谱联用性能的比较 91

4.3　超高效液相色谱在代谢组学中的应用 95

4.3.1　超高效液相色谱-质谱用于代谢组学研究的优势 95

4.3.2　超高效液相色谱与质谱联用用于代谢组学研究实例 97

参考文献 103

第5章　毛细管电泳-质谱联用技术在代谢组学研究中的应用 105

5.1　毛细管电泳-质谱联用技术简介 105

5.1.1　同轴液体鞘流 106

5.1.2　无鞘接口 106

5.1.3　液体连接 106

5.2　基于毛细管电泳-质谱联用技术的代谢组学平台 106

5.2.1　阳离子代谢物CE-MS分析方法 107

5.2.2　阴离子代谢物CE-MS分析方法 107

5.2.3　多价阴离子代谢物CE-MS分析方法 109

5.3　毛细管电泳在代谢组学中的应用研究 112

5.3.1　微生物菌株细胞提取物的代谢分析 112

5.3.2　植物细胞提取物的代谢分析 115

5.3.3　疾病诊断和生物标志物发现 117

5.3.4　食品安全 118

5.3.5　细胞基因和蛋白质功能研究 118

参考文献 119

第6章　核磁共振在代谢组学研究中的应用 121

6.1　核磁共振波谱分析原理 121

6.1.1　核磁共振概论 121

6.1.2　核磁共振波谱仪 123

6.1.3　核磁共振氢谱 123

6.1.4　核磁共振碳谱 125

6.1.5　31P及15N核磁共振 126

6.2　代谢组学中的核磁共振波谱分析方法 127

6.2.1　样品的准备 127

6.2.2　实验数据的获得 128

6.2.3　数据分析 132

6.3　核磁共振在代谢组学研究中的应用 133

6.3.1　在药物毒理学评价研究中的应用 134

6.3.2　在人体代谢和动物代谢研究中的应用 135

6.3.3　在病理和生理研究中的应用 136

6.3.4　在环境监测方面的应用 136

6.3.5　在植物化学研究中的应用 137

6.3.6　在微生物系统研究中的应用 137

6.4　展望 137

参考文献 138

第7章　代谢组学研究中常用的化学计量学方法 142

7.1　数据预处理方法 143

7.1.1　原始数据矩阵的获得 143

7.1.2　自变量筛选 144

7.1.3　数据的标度化及滤波 144

7.2　常用的模式识别方法 146

7.2.1　无监督的模式识别方法 146

7.2.2　有监督的模式识别方法 152

7.3　数据库及专家系统 157

参考文献 159

第8章　类脂和类脂组学 161

8.1　类脂分子的结构和功能 162

8.1.1　非极性类脂 162

8.1.2　极性类脂 163

8.1.3　类脂代谢物 166

8.2　类脂的分子生物学［19］ 166

8.2.1　表面化学和界面催化 167

8.2.2 膜类脂分子是信号转导分子的前体 167

8.2.3 类脂-蛋白质相互作用 167

8.3 类脂研究中的分析方法 168

8.3.1 类脂的提取方法 168

8.3.2 类脂的分析方法 169

8.4 ESI-MS在类脂分析中的定量方法 171

8.4.1 内标化合物的选择 171

8.4.2 MS在定量分析类脂分子中存在的问题 172

8.4.3 ESI-MS在类脂研究中的定量方法 172

8.5 类脂组学及其应用 178

8.5.1　类脂组学 178

8.5.2　类脂组学中类脂分子识别的策略 179

8.5.3　基于质谱技术的几种类脂组学方法 180

8.5.4　类脂组学在微生物研究中的应用 181

8.5.5　类脂组学在宿主-病原体相互作用研究中的应用 182

8.5.6　类脂组学在n-3多不饱和脂肪酸影响细胞膜微区域研究中的应用 182

8.5.7　类脂组学在疾病和药物开发研究中的应用 183

8.5.8　类脂组学在功能研究中的应用 187

8.5.9　类脂组学在药物滥用研究中的应用 188

8.5.10　与类脂组学相关的数据库 189

小结 190

参考文献 190

第9章　代谢组学在疾病分型和标志物发现研究中的应用 195

9.1　引言 195

9.2　代谢组学用于心血管疾病严重程度的诊断 197

9.3　基于修饰核苷的代谢组学用于肝脏疾病的研究 201

9.3.1　代谢物的靶标分析 202

9.3.2　顺二醇类代谢物的轮廓分析 203

9.3.3　潜在标志物的寻找 205

9.4　代谢组学用于恶性肿瘤的研究 206

9.5　代谢组学在其他疾病分型和标志物发现研究中的应用 208

参考文献 210

第10章　修饰核苷在癌症诊断和随访中的应用 212

10.1　概论 212

10.1.1　癌症诊断的方法概况 212

10.1.2　肿瘤标志物的概况 214

10.1.3　修饰核苷的来源及在癌症患者中修饰核苷增高的根源 218

10.1.4　修饰核苷作肿瘤标志物的可行性 221

10.2　体液中修饰核苷的分析和数据处理 222

10.2.1　体液中修饰核苷的分析 222

10.2.2　多变量可视化数据分类的方法 226

10.3　尿中核苷在恶性肿瘤诊断、治疗随访中的应用 239

10.3.1　尿中修饰核苷分布模式的建立 239

10.3.2　核苷作为肿瘤标志物在多种肿瘤中的应用研究 246

10.3.3　良性、恶性肿瘤尿中修饰核苷排放差异的研究 269

10.3.4　修饰核苷用于检测手术和治疗效果的评价 271

10.3.5　化疗对尿中核苷排放水平的影响 273

10.3.6　尿中核苷作肿瘤标志物实际应用范例 274

参考文献 276

第11章　代谢组学在糖尿病研究中的应用 281

11.1　基于GC的有机酸轮廓分析对2型糖尿病研究 282

11.1.1　实验部分 282

11.1.2　2型糖尿病的有机酸轮廓分析 283

小结 286

11.2　尿样“全”指纹分析及应用于科素亚对糖尿病的疗效评价 286

11.2.1　实验部分 286

11.2.2　科素亚对糖尿病的疗效 287

小结 292

11.3　2型糖尿病中血浆磷脂代谢轮廓分析和标记物的识别 293

11.3.1　实验部分 293

11.3.2　2型糖尿病中血浆磷脂代谢轮廓和标志物 294

小结 303

11.4　血清中脂肪酸的靶标分析方法用于2型糖尿病患者与正常人的区分 304

11.4.1　实验部分 304

11.4.2　结果与讨论 307

小结 311

参考文献 311

第12章　代谢组学在营养学研究中的应用 313

12.1　简介 313

12.2　代谢组学全组分分析在营养学中的应用 314

12.2.1　代谢组学用于食物和营养对机体影响的评价 315

12.2.2　肠道菌群与宿主的相互作用 320

12.3　代谢轮廓分析及代谢物靶标分析在营养学中的应用 322

12.4　代谢组学在营养学研究中的应用展望 323

参考文献 323

第13章　代谢组学与药物研究 326

13.1　药物开发现状 326

13.2　代谢组学在药物研究中的应用概况及特点 328

13.3　代谢组学在动物模型评估方面的应用 330

13.4　代谢组学在药物安全性研究中的应用 333

13.4.1　代谢组学在药物毒性研究中的应用概况及其特点 333

13.4.2　COMET计划介绍 336

13.5　代谢组学在中药研发中的应用 339

13.5.1　代谢组学在中药质量研究中的应用 340

13.5.2　代谢组学在中药药效研究中的应用 347

13.5.3　代谢组学在中药安全性研究中的应用 350

参考文献 351

第14章　代谢组学在植物研究中的应用 354

14.1　功能基因组时代的植物代谢组学 354

14.1.1　植物功能基因组学 354

14.1.2　植物代谢组学 354

14.1.3　植物代谢工程简介 356

14.2　植物代谢组的分析 357

14.2.1　植物样品的保存和预处理方法 357

14.2.2　植物代谢组的分析检测 364

14.2.3　代谢组学研究的数据处理 365

14.3　植物代谢组学的应用 366

14.3.1　植物代谢指纹图谱及轮廓分析应用实例 366

14.3.2　植物代谢分析应用实例——多维色谱／联用技术 376

14.3.3　转基因植物及受环境影响植物代谢分析应用实例 379

14.4　植物代谢组学的未来——主要问题与发展前景 384

参考文献 385

第15章　代谢组学在微生物学中的应用 387

15.1　概述 388

15.2　微生物代谢组学实验设计的基本原则 388

15.2.1　代谢组学的优势 388

15.2.2　实验设计原则 389

15.2.3　分析平台 393

15.3　代谢组学在工业微生物学中的应用 398

15.4　代谢组学在医学微生物学中的应用 402

15.5　代谢组学在环境微生物学中的应用 406

15.6　展望 407

参考文献 408

第16章　代谢组学在环境科学中的应用 410

16.1　简介 410

16.2　代谢组学用于脊椎动物环境毒物暴露及其代谢的研究 411

16.2.1　环境中重金属污染对脊椎动物的毒性作用研究 411

16.2.2　环境中有机污染物对脊椎动物的毒性作用研究 414

16.3　代谢组学用于无脊椎动物环境毒物暴露及其代谢的研究 417

16.4　环境代谢组学的发展前景 420

参考文献 420