摘要:对代谢组学的含义，中心任务，研究方法，样品要求，应用及其发展方向进行了简要综述. 系统生物学概念的诞生标志着研究哲学由“还原论”向“整体论”的变化. 系统生物学的中心任务就是要针对生物系统整体 (无论它是生物细胞，多细胞组织，器官还是生物整体)，建立定量，普适，整体和可预测 (QUIP) 的认知. 具体而言，系统生物学研究就是要将给定生物系统的基因，转录，蛋白质和代谢水平所发生的事件，相关性及其对所涉及生物过程的意义进行整体性认识. 从而出现了许多的“组”和“组学”的新概念. 但是现已提出的一百多个“组”和“组学”，可以大体归纳为“基因组”/“基因组学”，“转录组”/“转录组学”，“蛋白质组”/“蛋白质组学”和“代谢组”/“代谢组学”四个方面. 显而易见，DNA，mRNA以及蛋白质的存在为生物过程的发生提供了物质基础 (但这个过程有可能不发生！)，而代谢物质所反映的是已经发生了的生物学事件. 因此代谢组学是对一个生物系统进行全面认识的不可缺少的一部分，是全局系统生物学 (global systems biology) 的重要基础，也是系统生物学的一个重要组成部分. 在现有的英文表述中，代谢组学同时存在两个不同的词汇和概念，即metabonomics和metabolomics. 尽管前者多用在动物系统而后者多用于植物和微生物系统，但这些概念的本质从他们的定义中能够得到较细致的了解. Metabonomics的最初定义是就生物系统对生理和病理刺激以及基因改变的代谢应答的定量测定(“the quantitative measurement of the multi-parametric metabolic response of living systems to pathophysiological stimuli or genetic modifications”). 我们认为这个定义现在可以更广泛地表述为：代谢组学是关于定量描述生物内源性代谢物质的整体及其对内因和外因变化应答规律的科学 (“Metabonomics is the branch of science concerned with the quantitative understandings of the metabolite complement of integrated living systems and its dynamic responses to the changes of both endogenous factors (such as physiology and development) and exogenous factors (such as environmental factors and xenobiotics).”). 其中心任务包括 (1) 对内源性代谢物质的整体及其动态变化规律进行检测，量化和编录，(2) 确定此变化规律和生物过程的有机联系. Metabolomics存在多个定义，但其精髓是：对一个生物系统的细胞在给定时间和给定条件下所有小分子代谢物质的定量分析(the quantitative measurement of all low molecular weight metabolites in an organism＇s cells at a specified time under specific environmental conditions). 因此，metabolomics可以译作“代谢物组学”. 不难看出，前者是对生物系统进行的整体和动态的认识 (不仅关心代谢物质的整体也关注其动态变化规律)，而后者强调分析而且是个静态的认识概念. 因此可以认为，metabolomics是metabonomics的一个组成部分 (参看定义). 近年又有人提出了“dynamic metabolomics”的概念，这个概念所表达的含义十分接近“metabonomics”本身的含义. 所以，可以预见，随着这门新兴学科的发展和更深入讨论，这两个概念必将趋向一致. 因此我们建议，在中文表述中将“代谢组学”一词和英文中的metabonomics相对应，以避免不必要的混淆和争议. 就细胞系统而言，不仅存在细胞自身的代谢物质组成问题，存在细胞之间代谢物质交换的问题，也存在代谢过程所发生的位点问题. 因此，简单地分析代谢物质的总组成 (即代谢组) 缺乏“整体论”所要求的全面性，其意义有一定局限. 代谢组学属于全局系统生物学 (Global systems biology) 研究方法，便于对复杂体系的整体进行认识. 譬如，一个正常工作的人体包括“人体”本身和与之共同进化而来且共生的消化道微生物群体 (或称菌群)，孤立地研究“人体”本身的基因，转录子以及蛋白质当然可以为人们认识人体生物学提供重要信息，但无法提供使人体正常工作不可缺少的菌群的信息. 人体血液和尿液的代谢组却携带着包括菌群在内的每一个细胞的信息，因此代谢组学方法对研究如人体这样复杂的进化杂合体十分有效. 正因如此，代谢组学已经广泛地应用到了包括药物研发，分子生理学，分子病理学，基因功能组学，营养学，环境科学等重要领域. 在代谢组学诞生的过去6年里，有关代谢组学的研究论文和专利以指数的形式逐年增长. 可以预见，这门新兴学科将应用到更为广泛的领域.

摘要:人的多种遗传疾病与线粒体tRNA基因突变有关，这些突变导致疾病发生的分子机理是当前研究的热点. 通过研究线粒体tRNA分子上的碱基修饰情况，人们发现了一类特殊的带有牛磺酸衍生物基团的修饰，这类修饰主要位于线粒体tRNA^Lys和线粒体tRNA^Leu (UUR) 反密码子第一位摆动 (wobble) 位点的碱基上. 最近的研究表明，位于这两种线粒体tRNA基因上的多种突变与遗传性脑肌病相关，包括A8344G，A3243G，T3271C等等，它们可以导致tRNA上相应摆动位点的碱基修饰缺失. 无论是在体外培养的带有相应突变的细胞内，还是在来源于脑肌病病人的组织中，科学家都发现了相同的线粒体tRNA碱基修饰缺陷. 通过分子手术证实，此类碱基修饰对于维持这两种tRNA的反密码子与mRNA上相应密码子的相互识别至关重要，缺失了这种修饰的tRNA将无法识别一些对应的密码子. 通过进一步的实验，人们还鉴定出负责催化此类碱基修饰的酶. 这些研究不但揭示了线粒体遗传性脑肌病相关突变的致病机理，也将为研究基因治疗提供可能的新手段.

摘要:泛素-蛋白酶体降解系统广泛存在于各种真核细胞中，参与调控细胞多种生理进程. 作为该系统中行使调控降解功能的核心成员，E3泛素连接酶的重要作用已经越来越引起人们的重视. BMP和TGF-β是骨组织中调控成骨细胞和软骨细胞增殖、分化和凋亡的关键分子，通过不同的信号通路体系调控骨生理代谢，参与骨组织的多种生理进程. 最近的研究表明，泛素-蛋白酶体降解系统在骨细胞和骨组织中具有十分重要的作用，E3泛素连接酶Smurf作为这一系统的核心，参与调控骨组织中BMP和TGF-β两个家族的分子信号转导过程. 在前期成果的基础上，结合最新的研究进展，系统阐述了骨组织中E3泛素连接酶的发现，及其调控BMP和TGF-β信号通路的机制以及其对成骨细胞和软骨细胞增殖和分化的影响.

摘要:光声成像是一种新近迅速发展起来、基于生物组织内部光学吸收差异、以超声作媒介的无损生物光子成像方法，它结合了纯光学成像的高对比度特性和纯超声成像的高穿透深度特性的优点，以超声探测器探测光声波代替光学成像中的光子检测，从原理上避开了光学散射的影响，可以提供高对比度和高分辨率的组织影像，为研究生物组织的结构形态、生理特征、代谢功能、病理特征等提供了重要手段，在生物医学临床诊断以及在体组织结构和功能成像领域具有广泛的应用前景. 对光声成像技术的机理、光声成像技术和方法、光声图像重建算法以及光声成像在生物医学上的应用情况作一个简单介绍，希望有助于推动我国在该领域的科研和开发应用工作的迅速发展.

摘要:为探讨E1A激活基因阻遏子 (CREG) 对人血管平滑肌细胞 (VSMCs) 分化的调控机制，应用重组逆转录病毒表达载体pLNCX₂(＋)/CREG及pLXSN(－)/CREG制备稳定感染HITASY细胞模型，观察CREG蛋白过表达及表达抑制对人VSMCs分化的影响并探讨其调控机制. 结果显示：pLNCX₂(＋)/CREG稳定感染细胞呈分化表型，细胞细长变成组织样聚集生长趋势，细胞中CREG蛋白和平滑肌分化标志蛋白平滑肌α-肌动蛋白(SM α-actin)表达显著增加，同时SM α-actin相关调控因子———血清反应因子(SRF)入核转位，RhoA总蛋白表达上调，以Rho激酶特异性抑制剂Y-27632作用后，CREG诱导的SM α-actin表达下调的同时SRF出核转位；pLXSN(－)/CREG稳定感染的细胞体积变大，细胞极性消失，呈无序生长，细胞中CREG和SM α-actin蛋白表达显著降低，同时伴有SRF出核转位及RhoA总蛋白表达下调. 免疫共沉淀分析发现，CREG蛋白能被分泌到VSMCs培养基中表达，并可与细胞膜受体6-磷酸甘露糖/胰岛素样生长因子Ⅱ型受体 (M6P/IGF2R) 发生直接相互作用. 用蛋白磷酸酶PP2A特异性抑制剂okadaic acid减少M6P/IGF2R在细胞膜表面分布，可明显抑制CREG过表达引起的RhoA、SRF和SM α-actin表达. 上述结果提示，在体外培养的人VSMCs中，CREG可能作为一种分泌型蛋白质通过与细胞膜受体M6P/IGF2R相互作用，依次激活SM α-actin蛋白相关调控因子RhoA和SRF引起SM α-actin表达增加，促进VSMCs向分化表型转换.

摘要:在破译了基因序列的后基因组时代, 随着系统生物学实验的快速发展，产生了大量的蛋白质相互作用数据，利用这些数据寻找功能模块及预测蛋白质功能在功能基因组研究中具有重要意义. 打破了传统的基于蛋白质间相似度的聚类模式，直接从蛋白质功能团的角度出发，考虑功能团间的一阶和二阶相互作用，提出了模块化聚类方法 (MCM)，对实验数据进行聚类分析，来预测模块内未知蛋白质的功能. 通过超几何分布P值法和增、删、改相互作用的方法对聚类结果进行预测能力分析和稳定性分析. 结果表明，模块化聚类方法具有较高的预测准确度和覆盖率，有很好的容错性和稳定性. 此外，模块化聚类分析得到了一些具有高预测准确度的未知蛋白质的预测结果，将会对生物实验有指导意义，其算法对其他具有相似结构的网络也具有普遍意义.

摘要:为了研究冲击波 (SW) 诱导人骨髓基质细胞 (hMSCs) 在动物体内成骨作用，根据前期工作结果，应用适宜能量冲击波(10 kV，500次) 处理体外培养的hMSCs，将SW组和对照组hMSCs与羟基磷灰石 (HA) 载体复合后体外培养2周，应用扫描电镜(SEM)检测细胞在载体表面的生长情况. 将hMSCs-HA载体复合体植入裸鼠皮下，分别于术后4周、8周取材进行组织学、四环素荧光标记、SEM观察、碱性磷酸酶测定、RT-PCR检测骨钙素mRNA表达. 结果表明，SW组及对照组细胞与HA载体体外复合后生长良好，且SW组细胞分泌较多的细胞基质；细胞载体复合体植入动物体内后，SW组载体表面有类骨组织形成，而对照组HA载体表面无骨组织形成；SW组与对照组的hMSCs-HA载体复合体碱性磷酸酶表达有显著性差异 (P < 0.01)；SW组hMSCs-HA载体复合体术后4周与8周表达骨钙素mRNA，而对照组则无表达. 提示hMSCs经适宜能量冲击波作用后与HA载体复合植入裸鼠体内具有成骨作用，适宜能量的冲击波作为一种新的促进hMSCs成骨分化的方法，可应用于组织工程领域.

摘要:Tau蛋白异常过度磷酸化修饰在阿尔茨海默病 (Alzheimer disease，AD) 发病机理中起非常重要的作用，而2型糖尿病是AD的风险因素之一. 采用蛋白质印迹研究2型糖尿病及单纯肥胖大鼠脑中海马回tau蛋白磷酸化程度，发现在这两种大鼠模型中海马tau蛋白在多个位点上都呈现过度磷酸化状态. 同时，胰岛素信号传导系统中的关键酶糖原合成激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β) 活性在这两种大鼠模型的海马回中明显增高，经脑立体定位法向大鼠海马回注射GSK-3β抑制剂氯化锂 (LiCl) ，可阻止2型糖尿病及肥胖大鼠模型中的GSK-3β激活，但仅阻止单纯肥胖大鼠海马回tau蛋白过度磷酸化. 另外，海马神经细胞膜上胰岛素受体β亚基水平在两种实验模型中显著下降. 研究结果表明，2型糖尿病及肥胖可能通过增高胰岛素抵抗，从而导致GSK-3β激活和tau蛋白的过度磷酸化来提高AD的发病风险. 2 型糖尿病脑中低下的葡萄糖代谢也可能在tau蛋白的过度磷酸化起一定作用.

摘要:从鸡胸肌中纯化出磷酸丙糖异构酶 (triose phosphate isomerase，TIM)，通过蛋白质内源荧光，圆二色性，紫外吸收二阶导数光谱等多种研究溶液构象的方法，对TIM被盐酸胍和热变性过程进行了详细的研究. 结果表明，用不同测量方法得到TIM的变性过程均高度协同，没有观察到折叠中间态，应用单分子二态去折叠模型计算了TIM去折叠的热力学参数. 通过圆二色光谱在222 nm处的变化监测的TIM热变性过程也是高度协同的二态过程，天然态TIM的表观T_m为64.6℃. 在低浓度盐酸胍存在下，TIM的热稳定性降低. 讨论了二体蛋白质的可能去折叠机制，证明在使用的实验条件下磷酸丙糖异构酶去折叠过程中二级结构与三级结构的变化是同时发生的，其去折叠遵循观察不到二体解离的表观二态过程.

摘要:基于多肽设计合成技术建立了一个快速、高通量、自动化的多聚抗原肽微阵列分析平台. 选取人巨细胞病毒 (HCMV)的包膜糖蛋白B和被膜碱性磷酸蛋白PP150，幽门螺杆菌 (Helicobacter pylori，Hp) 尿素酶 (Ure) β亚基为靶蛋白，分析筛选出优势线性表位序列，Fmoc法固相合成上述线形表位的多聚抗原肽(MAPs)，高效液相色谱仪 (HPLC) 纯化后，用机器人点样仪按一定的矩阵排列形式点印至硝酸纤维素膜上，2%的小牛血清封闭，塑料壳体封装制备成MAPs微阵列成品. 随机抽样经质控血清鉴定后用于随机人群血清试验并与ELISA 检测结果进行比较. 筛选、合成并鉴定出4 条MAPs. 用该MAPs微阵列检测的Hp和HCMV阳性及阴性质控血清结果均与质控血清情况相符，120份随机血清检测结果与用重组抗原和病原微生物裂解物抗原包被的ELISA 法检测结果相比具有较好的一致性，Ure-1、Ure-2 和PP150 三种MAPs的灵敏度和特异性均大于90%. MAPs微阵列片间质控试验结果变异系数小于7%，示重复性良好. MAPs微阵列是一种快速、高通量、自动化的分析平台，该平台在预防性疫苗的开发和蛋白质组学的研究中具有较大的前景.

摘要:把20种氨基酸简化为3类：疏水氨基酸 (hydrophobic，H)、亲水氨基酸 (hydrophilic，P) 及中性氨基酸 (neutral，N)，每个氨基酸简化为一个点，用其C_α原子来代替. 采用非格点模型，以相对熵作为优化函数，进行蛋白质三维结构预测. 为了与基于相对熵方法的蛋白质设计工作进行统一，采用了新的接触强度函数. 选用蛋白质数据库中的天然蛋白质作为测试靶蛋白，结果表明，采用该模型和方法取得了较好的结果，预测结构相对于天然结构的均方根偏差在0.30～0.70 nm之间. 该工作为基于相对熵及HNP模型的蛋白质设计研究打下了基础.

摘要:采用对同一亲本来源、不同转移潜能细胞株SW480和SW620的蛋白质表达谱进行双向凝胶电泳和质谱技术分析，并在蛋白质和mRNA水平进行验证，成功鉴定了10个大肠癌转移相关蛋白，其中SW620细胞株表达上调的蛋白质有磷酸甘油酸变位酶1，磷脂酰乙醇胺结合蛋白和高迁移率族蛋白B-1，而热休克蛋白27，膜联蛋白Ⅰ，甲硫腺苷磷酸化酶，切丝蛋白1和表皮型脂肪酸结合蛋白在SW620中表达下调. 大多数差异蛋白质功能涉及肿瘤细胞生长、运动、粘附、凋亡等过程，研究结果为阐明大肠癌转移机制及寻找预测大肠癌转移的潜在标志物提供了理论依据.

摘要:E-钙粘素是在胚胎发育中最早表达的分子之一，它可以与Catenin家族成员形成钙粘素/Catenin复合物参与多种细胞功能，对于胚胎植入和胎盘发生具有重要作用. 通过RT-PCR、免疫组织化学、细胞粘附分析等方法，在人正常妊娠和输卵管妊娠母胎界面上，发现E-钙粘素主要定位于绒毛细胞滋养层细胞和滋养层细胞柱，从滋养层细胞柱近端向远端，其蛋白质水平逐渐降低. 正常胎盘组织中E-钙粘素水平在妊娠早期较高，妊娠中期直至分娩期均维持低水平. 在体外培养的人正常胎盘细胞滋养层细胞系 (NPC细胞) 中，转化生长因子β (TGFβ1) 显著上调E-钙粘素蛋白和mRNA的表达，并呈现时间和剂量依赖性，同时，TGFβ1促进NPC细胞之间的粘附. 上述结果表明，胎盘中存在E-钙粘素的旁分泌调节机制，E-钙粘素可通过调节滋养层细胞粘附而参与细胞侵润的有节制调控.