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