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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