代謝組學(xué)相關(guān)研究可追溯到始于上世紀(jì)70年代的代謝譜分析，這類代謝譜分析通常采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)患者體液中代謝物進(jìn)行定性、定量分析及對(duì)疾病進(jìn)行篩選和診斷。這種在臨床上利用代謝譜分析診斷有關(guān)疾病的方法一直延用至今。1983年，荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究組織在國(guó)際上首先采用質(zhì)譜對(duì)尿中代謝指紋進(jìn)行研究，并陸續(xù)有不少科學(xué)家開始應(yīng)用高效液相色譜和核磁共振技術(shù)進(jìn)行代謝譜分析。90年代后，研究目標(biāo)主要集中在藥物在體內(nèi)的 代謝等方面。1997年研究人員提出了通過(guò)定量分析盡可能多的代謝產(chǎn)物評(píng)估酵母基因的遺傳功能及其冗余度的必要性，首次將代謝產(chǎn)物和生物基因的功能聯(lián)系起來(lái)。1999年，N icholson等提出metabonom ics的概念，將代謝組學(xué)定義為生物體對(duì)病理生理或基因修飾等刺激產(chǎn)生的代謝物質(zhì)動(dòng)態(tài)應(yīng)答的定量測(cè)定。2000年，德國(guó)馬普所的Fiehn等提出了metabolom ics的概念，將其定義為對(duì)限定條件下的 特定生物樣品中所有代謝產(chǎn)物的定性定量分析。在21世紀(jì)的前幾年，植物和微生物領(lǐng)域應(yīng)用色譜質(zhì)譜技術(shù)進(jìn)行細(xì)胞的代謝組學(xué)研究，用 metabolom ics的較多，而在藥物研發(fā)和疾病研究等領(lǐng)域，用NMR以動(dòng)物體液或組織樣品為研究對(duì)象的，則用metabonomics較多。隨著研究的深入，現(xiàn)在對(duì)這兩個(gè)名詞的區(qū)分已越來(lái)越少，基本等同使用。

　　代謝組學(xué)研究一般包括代謝組數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、多變量數(shù)據(jù)分析、標(biāo)記物識(shí)別和途徑分析等步驟。生物樣品(如尿液、血液、組織、細(xì)胞和培養(yǎng)液等)采集后進(jìn)行生物反應(yīng)滅活、預(yù)處理。運(yùn)用核磁共振、質(zhì)譜或色譜等檢測(cè)其中代謝物的種類、含量、狀態(tài)及其變化，得到代謝譜或代謝指紋，而后使用多變量數(shù)據(jù)分析方法對(duì)獲得的多維復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行降維和信息挖掘，并研究相關(guān)代謝物變化涉及的代謝途徑和變化規(guī)律，以闡述生物體對(duì)相應(yīng)刺激的響應(yīng)機(jī)制、發(fā)現(xiàn)生物標(biāo)記物。

　　樣品采集與制備樣品的采集與制備是代謝組學(xué)研究的初始步驟也是最重要的步驟之一，代謝組學(xué)研究要求嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和合適的分析精度。首先需要采集足夠數(shù)量的樣本，從而可有效減少源于生物樣品個(gè)體差異對(duì)分析結(jié)果的影響，得到有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的分析數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中對(duì)樣品收集的時(shí)間、部位、種類、樣本群體等應(yīng)給予充分考慮。在研究人類樣本時(shí)，還需考慮飲食、性別、年齡和地域等諸多因素的影響。此外，分析過(guò)程要有嚴(yán)格的質(zhì)量控制，需要考察如樣本的重復(fù)性、分析精度、空白等。代謝產(chǎn)物的變化對(duì)分析結(jié)果有較大的影響，在處理生物樣本時(shí)要特別注意避免由于殘留酶活性或氧化還原過(guò)程降解代謝產(chǎn)物、產(chǎn)生新的代謝產(chǎn)物。通常需對(duì)所收集樣品進(jìn)行快速淬滅。滅活的方法很多，如液氮冷凍、酸處理等。

　　在代謝組學(xué)研究中，根據(jù)研究對(duì)象、目的和采用的分析技術(shù)不同，所需的樣品提取和預(yù)處理方法各異。如采用NMR的技術(shù)平臺(tái)，只需對(duì)樣品做較少的預(yù)處理即可以分析;采用M S進(jìn)行“全”成分分析技術(shù)時(shí)，樣品處理方法相對(duì)簡(jiǎn)單，但不存在一種普適性的標(biāo)準(zhǔn)化方法。代謝產(chǎn)物通常用水或有機(jī)溶劑(如甲醇、己烷等)分別提取，獲得水提取物和有機(jī)溶劑提取物，從而把非極性相和極性相分開，以便進(jìn)行分析。對(duì)于代謝輪廓譜或靶標(biāo)分析，還需要做較為復(fù)雜地處理，如常用固相微萃取、固相萃取、親和色譜等預(yù)處理方法。用氣相色譜或氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用時(shí)，常常需要進(jìn)行衍生化，增加樣品的揮發(fā)性。由于特定的提取條件往往僅適合某些類化合物，目前尚無(wú)一種能夠適合所有代謝產(chǎn)物的提取方法。應(yīng)該根據(jù)不同的化合物選擇不同的提取方法，并對(duì)提取條件進(jìn)行優(yōu)化。

　　代謝組學(xué)是進(jìn)行生物表型研究的主要手段之一，是系統(tǒng)生物學(xué)研究不可或缺的部分。在疾病分型、藥物毒性評(píng)價(jià)、植物基因功能和表型的研究等方面取得了極大的成功，但從總體來(lái)看，它仍然處于發(fā)展階段，在方法學(xué)和應(yīng)用兩方面均面臨著的極大挑戰(zhàn)，需要其他學(xué)科的配合和交叉。在平臺(tái)技術(shù)和方法學(xué)研究方面，生物樣本的復(fù)雜性使得代謝組學(xué)研究對(duì)分析技術(shù)的靈敏度、分辨率、動(dòng)態(tài)范圍和通量提出了更高的要求。代謝組學(xué)研究的深入得益于分析技術(shù)的不斷發(fā)展，如高分辨質(zhì)譜、超高效液相色譜/質(zhì)譜、毛細(xì)管液相色譜/質(zhì)譜、多維色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)和多維核磁共振技術(shù)等的使用。生物標(biāo)記物的結(jié)構(gòu)鑒定也是目前代謝組學(xué)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題之一，由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)的可通用的質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)，一定程度上制約了基于LC-MS技術(shù)在代謝組學(xué)研究中的應(yīng)用。理論上講，LC-M S、NMR可提供較好的關(guān)于組分結(jié)構(gòu)的信息，但儀器復(fù)雜，操作繁瑣，靈敏度和通量急需改進(jìn)和提高。