非靶向代謝組學(xué)(Untargeted Metabolomics)作為一種全局性、無偏倚的高通量分析技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等多個(gè)領(lǐng)域。它通過全面檢測生物系統(tǒng)中的小分子代謝物(<1500 Da)，揭示生理或病理狀態(tài)下的代謝變化，發(fā)現(xiàn)生物標(biāo)志物，并解析潛在的代謝通路。

　　下面是非靶向代謝組學(xué)在主要領(lǐng)域的應(yīng)用概述：

　　一、醫(yī)學(xué)與臨床研究

　　1. 疾病 biomarker 發(fā)現(xiàn)

　　癌癥：肺癌、肝癌、乳腺癌、結(jié)直腸癌等體液(血清、尿液、組織)中差異代謝物篩選。

　　示例：膽堿代謝異常 → 腫瘤細(xì)胞膜合成活躍。

　　神經(jīng)退行性疾?。?/b>

　　阿爾茨海默病：腦脊液中磷脂、鞘脂代謝紊亂;

　　帕金森病：線粒體功能相關(guān)代謝物改變。

　　心血管疾?。篢MAO(三甲胺-N-氧化物)水平升高與動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)。

　　2. 精準(zhǔn)醫(yī)療與個(gè)體化治療

　　根據(jù)代謝表型分型(如糖尿病亞型);

　　預(yù)測藥物反應(yīng)與毒性(藥代動(dòng)力學(xué)+代謝組結(jié)合)。

　　3. 新生兒篩查與遺傳代謝病

　　檢測氨基酸、有機(jī)酸、脂肪酸代謝異常(如苯丙酮尿癥、楓糖尿癥);

　　串聯(lián)質(zhì)譜(MS/MS)新生兒篩查是經(jīng)典應(yīng)用。

　　二、營養(yǎng)與食品科學(xué)

　　1. 食物成分與營養(yǎng)價(jià)值評(píng)估

　　分析不同加工方式(發(fā)酵、烘焙)對(duì)食品代謝物的影響;

　　鑒定功能性成分(如多酚、黃酮、益生元)。

　　2. 食品 authenticity 與溯源

　　區(qū)分有機(jī) vs 常規(guī)種植食品;

　　地理來源鑒別(如葡萄酒、蜂蜜、橄欖油);

　　摻假檢測(如牛奶摻水、果汁加糖)。

　　3. 飲食干預(yù)研究

　　高脂/低碳/地中海飲食對(duì)機(jī)體代謝的影響;

　　益生菌、膳食補(bǔ)充劑的代謝效應(yīng)評(píng)估。

　　三、植物科學(xué)與農(nóng)業(yè)

　　1. 植物脅迫響應(yīng)機(jī)制

　　干旱、鹽堿、重金屬、病蟲害脅迫下的代謝重編程;

　　發(fā)現(xiàn)抗逆相關(guān)代謝物(如脯氨酸、甜菜堿、酚類化合物)。

　　2. 作物品質(zhì)改良

　　水果風(fēng)味物質(zhì)(揮發(fā)性酯類、糖酸比)分析;

　　谷物營養(yǎng)品質(zhì)(氨基酸、維生素含量)提升。

　　3. 植物-微生物互作

　　根際分泌物代謝譜分析;

　　菌根共生過程中的信號(hào)分子識(shí)別。

　　4. 轉(zhuǎn)基因與基因編輯作物安全性評(píng)價(jià)

　　比較轉(zhuǎn)基因與野生型植株的代謝輪廓，評(píng)估“實(shí)質(zhì)等同性”。

　　四、環(huán)境與生態(tài)毒理學(xué)

　　1. 環(huán)境污染生物監(jiān)測

　　利用魚類、貝類等模式生物的代謝響應(yīng)評(píng)估水體污染(如農(nóng)藥、重金屬、微塑料);

　　“代謝指紋”反映生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。

　　2. 毒理機(jī)制研究

　　化學(xué)品(農(nóng)藥、工業(yè)化學(xué)品)的毒性通路解析;

　　發(fā)現(xiàn)早期毒性 biomarker(早于病理變化)。

　　3. 生物修復(fù)效果評(píng)估

　　微生物降解污染物過程中的代謝中間產(chǎn)物追蹤;

　　評(píng)估修復(fù)效率與代謝路徑。

　　五、微生物學(xué)與合成生物學(xué)

　　1. 微生物代謝網(wǎng)絡(luò)解析

　　細(xì)菌、真菌、藻類的初級(jí)與次級(jí)代謝產(chǎn)物鑒定;

　　抗生素、色素、生物燃料等天然產(chǎn)物挖掘。

　　2. 發(fā)酵工藝優(yōu)化

　　監(jiān)測發(fā)酵過程中代謝物動(dòng)態(tài)變化;

　　識(shí)別限速步驟，指導(dǎo)工藝調(diào)控。

　　3. 合成生物學(xué)工程菌評(píng)價(jià)

　　比較工程菌與野生菌的代謝差異;

　　驗(yàn)證異源代謝通路是否成功構(gòu)建。

　　六、運(yùn)動(dòng)科學(xué)與健康監(jiān)測

　　1. 運(yùn)動(dòng)生理響應(yīng)

　　運(yùn)動(dòng)前后血液/尿液代謝物變化(能量代謝、氧化應(yīng)激、肌肉損傷標(biāo)志物);

　　訓(xùn)練適應(yīng)性評(píng)估。

　　2. 過度訓(xùn)練綜合征預(yù)警

　　代謝失衡早于癥狀出現(xiàn)，可用于運(yùn)動(dòng)員健康管理。

　　七、中醫(yī)藥研究

　　1. 中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)解析

　　鑒定復(fù)方中藥中的活性成分及其體內(nèi)代謝產(chǎn)物;

　　“腸-肝軸”代謝轉(zhuǎn)化研究(如黃酮苷→苷元)。

　　2. 中醫(yī)證候客觀化

　　不同證型(如氣虛、陰虛)患者的代謝特征區(qū)分;

　　實(shí)現(xiàn)“辨證”的分子水平解釋。

　　3. 中藥安全性評(píng)價(jià)

　　肝毒性、腎毒性相關(guān)代謝通路分析(如膽汁酸代謝紊亂)。

　　八、動(dòng)物科學(xué)與畜牧業(yè)

　　1. 畜禽健康與疾病診斷

　　奶牛酮病、豬藍(lán)耳病等的早期 biomarker 發(fā)現(xiàn);

　　糞便代謝組評(píng)估腸道健康。

　　2. 飼料效率與生長性能

　　代謝表型預(yù)測飼料轉(zhuǎn)化率;

　　優(yōu)化飼料配方。

　　3. 動(dòng)物產(chǎn)品品質(zhì)

　　牛奶、雞蛋、肉類的風(fēng)味與營養(yǎng)代謝特征分析。

　　九、法醫(yī)學(xué)與 forensic science

　　1. 死亡時(shí)間推斷(PMI)

　　尸體組織或血液中代謝物隨時(shí)間變化規(guī)律;

　　比蛋白質(zhì)/核酸更快速響應(yīng)。

　　2. 毒物篩查

　　未知毒物或新型毒品的代謝物鑒定;

　　輔助死因分析。

　　十、空間生命科學(xué)(航天醫(yī)學(xué))

　　1. 微重力/輻射對(duì)機(jī)體代謝影響

　　航天員血液、尿液代謝組變化;

　　骨丟失、肌肉萎縮、免疫抑制的代謝機(jī)制。

　　2. 密閉生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測

　　空間站內(nèi)空氣、水、廢棄物的代謝物監(jiān)控。