NCS中报道的差异代谢物及功能大全，您想知道的都在这儿！

         在系统生物学中，代谢组学代表了整个系统生物学中最下游的代谢物分布。代谢组学不仅是表型的直接体现者，而且还可以通过调节上游组学如基因组、转录组、蛋白组和微生物组等多个组学的表达水平来影响整个生理代谢功能。因此，代谢组学是系统生物学不可或缺的一个重要组成部分。今天糖尿病网小编就和大家总结一下目前文献中通过代谢组学研究找到的差异代谢物、这些物质的种类及功能及在Chenomx NMR 中的覆盖率。接下来让我们一起往下看吧。

1. 辅酶因子

辅酶是酶催化氧化还原反应、基团转移和异构反应的必需因子，它们在酶催化反应中承担传递电子、原子或基团的功能。辅酶是一类可以将化学基团从一个酶转移到另一个酶上的有机小分子，辅酶也可以被视为第二底物，因为在催化反应发生时，辅酶发生的化学变化与底物正好相反。如辅酶NAD +、NADH、NADP +和NADPH介导了对细胞功能至关重要的生化反应，在调节离子通道、细胞信号传导、细胞存活和死亡具有重要作用。如ATP、ADP、AMP、NAD +、NADH、NADP +和NADPH。

图1、辅酶的分解与生物合成

2. 胆碱类

胆碱代谢主要包含甲胺、二甲胺、三甲胺、氧化三甲胺、二甲基甘氨酸、甜菜碱等。胆碱可调节脂质代谢及葡萄糖平衡，参与非酒精性脂肪肝、饮食性肥胖、糖尿病、心脏病的发生。人体和食物中胆碱主要以磷脂酰胆碱（PC）等形式存在，很多可利用胆碱的肠道菌能将PC转化为游离胆碱，再进一步代谢生成三甲胺。从这些细菌中鉴定出参与PC代谢的磷脂酶D（PLD），对来自大肠杆菌菌株的PLD的分析证实，PC是这种酶的偏好底物，细菌需要PLD将PC水解为胆碱。PLD也存在于一些不可代谢胆碱的肠道菌中，可为胆碱利用菌生成TMA提供底物。

图2、饮食中胆碱的代谢过程

3.短链脂肪酸类

短链脂肪酸主要是8个碳以内的脂肪酸，在哺乳动物体内短链脂肪酸主要来源于肠道微生物发酵膳食纤维。SCFA可调节几乎所有类型的免疫细胞的功能，改变基因表达，细胞分化，细胞趋化性，细胞增殖和凋亡。SCFA通过对各种免疫细胞发挥作用来调节肠粘膜免疫。SCFA通过诱导肠上皮细胞分泌IL-18、抗微生物肽和粘蛋白等来调节肠屏障完整性；SCFA诱导中性粒细胞迁移至炎症部位并增强其吞噬作用；SCFA通过激活GPCRs途径和抑制HDACs来调节T细胞功能；SCFA通过作用于树突细胞（DC）和直接作用于T细胞来影响T细胞分化；SCFA调节不同环境细胞因子中Th1、Th17和Treg的产生；SCFA还通过抑制HDACs来抑制肠巨噬细胞产生促炎细胞因子，并且可能诱导B细胞产生肠IgA；SCFAs通过促进细胞凋亡和抑制肿瘤细胞的增殖来抑制癌发生。

图3、SCFA调节肠道免疫力

4. 氨基酸类

氨基酸具有促进免疫细胞增长、保护肠道粘膜和调节免疫应答的作用。其中必需氨基酸必需从食物获取，摄入不足会导致体质下降、发育迟缓和抵抗力减弱。氨基酸缺乏或代谢异常会对机体产生不利影响，如在代谢过程中产生的硫化氢、氨和胺等有毒的物质，这些物质对肝肠有一定毒性，可引起一系列的疾病。氨基酸可维持肠道健康和免疫系统的平衡。如谷氨酰胺是肠细胞所需的重要肠道营养素，谷氨酰胺通过抑制由核因子-κB（NF-κB）信号诱导的炎症，减少肠道炎症的发生，维护正常的胃肠功能。谷氨酰胺补充剂通过调节NF-κB和磷脂酰肌醇-3-激酶-蛋白激酶B（PI3K-Akt）信号传递，促使热休克蛋白（HSP）的表达上调，进而减轻炎症症状。

图4、氨基酸的合成与代谢

5. 有机酸

在生命活动过程中，许多有机酸直接参与生物化学反应，其中有多种有机酸起着非常重要的作用。部分有机酸具有抗菌、消炎、抗病毒和抗癌等作用，有些能够增加冠状动脉的血流量、抑制脑组织脂质过氧化物的生成、软化血管、促进钙铁等元素的吸收等等。如尿酸是核酸在人体内的代谢产物，人体自身的细胞代谢更新和食物中核酸进入人体后的氧化分解都有嘌呤的产生，嘌呤在肝脏中氧化生成尿酸，经尿液、汗液和粪便等排出体外。正常情况下尿酸的生成量和排泄量处于动态平衡中，尿酸产生过多或排泄障碍致使血液尿酸浓度增加，就会与体内金属离子结合，以尿酸盐结晶的形式沉积在组织和软骨中，会引起骨关节痛和尿路结石等肾脏疾病。因此有机酸的正常代谢对人体健康至关重要。

图5、有机酸的生物合成和代谢

6. TMAO及相关代谢物

氧化三甲胺（TMAO）是一种广泛存在于自然界水产品体内的小分子化合物，亦存在于哺乳动物、真菌中，可参与机体多种重要的生物学功能，如渗透调压、维持细胞内稳态等。随着肠道菌群研究的深入，研究人员发现 TMAO及相关代谢物水平与心血管疾病、心肌梗死、卒中、糖尿病、慢性肾病、癌症等多种疾病密切相关。TMAO 其前体包括肉碱、甜菜碱、肌酸酐等。在人体中，TMAO 主要来源于肠道菌群对三甲胺（TMA）的氧化，肠道微生物将摄入的卵磷脂、胆碱等营养素代谢并产生TMA，TMA 通过门脉循环进入肝脏，在肝脏经过黄素单氧化酶3或其他黄素单氧酶氧化生成 TMAO。

图6、TMAO在机体内的循环与代谢

7. 生物胺类物质

生物胺是一类具有生物活性含氮的低分子量有机化合物的总称。生物胺可以分为两类：单胺和多胺。单胺主要有酪胺、组胺、腐胺、尸胺、色胺等，一定量的单胺类化合物对血管的收缩和舒张具有重要作用，对大脑皮层和行为活动有重要的调节功能；多胺主要包括精胺和亚精胺，在生物体中能与染色质和RNA结合，对维持大分子合成和细胞活力至关重要。多胺的合理代谢对机体健康非常重要，因为多胺水平的缺乏和过量都会对细胞造成致命伤害。细胞中多胺合成受到抑制时，细胞生长会停止或是严重延迟。在高速增殖的细胞中，多胺转运系统非常活跃，是一些化疗药物的靶标蛋白。

图7、生物胺的合成与代谢过程