代谢组学及其研究策略

1代谢组学及其研究策略历史背景代谢组（Metabolome）：1998年Tweddale研究大肠杆菌代谢时首次提出，定义为“代谢物整体”，代谢物组成分析能够提供细胞代谢和调控的重要信息。代谢组学（metabolomics/metabonomics）：1999年英国帝国理工大学Nicholson首先提出，定义为：对生物系统内病理生理或基因改变等刺激所致动态多参数代谢应答的定量测定。将生物体作为一个动态的整体，研究内外因素导致的代谢变化，重点在于整体性和动态性。Nicholson因其在代谢组学发展上的开拓性贡献，被学术界公认为代谢组学创始人。代谢组学是继基因组学，转录组和蛋白组学之后新发展的一门学科，是系统生物学重要的组成部分。代谢组学的发展历史系统生物学（Systemsbiology)：从系统水平来理解生物学系统，利用一系列的原理与方法学来研究分子行为与系统特性与功能关系，通过计算生物学来定量阐明和预测生物的功能，表型和行为。系统生物学将是21世纪医学和生物学的核心驱动力。系统生物学时代的代谢组学系统生物学，是把孤立的在基因水平̖蛋白水平的各种相互作用̖各种代谢途径̖调控途径等融合起来，用以说明生物整体，高通量的组学实验平台构成了系统生物学的大科学工程。代谢组学代谢组学：生物体内源性代谢物质的整体及变化规律的科学。中心任务：检测，量化和编录生物体内源性代谢物质的整体及其变化规律；联系该变化规律与所发生的生物学事件或过程的本质。狭义上讲，是通过比较对照组和实验组代谢组，以寻找其代谢谱差异的研究方法。代谢组（metabolome）：基因组的下游最终产物，是一些参与生物体新陈代谢，维持生物体正常生长功能和生长发育的小分子化合物的集合，主要是相对分子量小于1000的内源性小分子。影响人代谢状态的内部和外部因素，这些状态可用代谢组测量①.快速、精准地分析生物样本中的某种或某类代谢物，从系统的角度来定量定性分析代谢物，解释生命现象；②.客观地揭示代谢物动力学；③.在生物学网络中研究基因的功能和基本的代谢机制，及时准确反映生物体的表型或生理状态，揭示基因和表现型之间的关系，达到监测和推断基因功能的目的；④.鉴定基因突变和药物处理后的分子标志物；⑤.提示潜在的疾病相关代谢物的结构特点。红色和绿色分别表示转基因与野生型老鼠相比浓度增高和降低。连接线表示基因，蛋白质或类脂之间的关联

代谢组学的优势(1)基因和蛋白表达的微小变化会在代谢物水平得到放大，研究相对简单；(2)代谢组学的研究不需进行全基因组测序或建立大量表达序列标签的数据库；(3)代谢物的种类远少于基因和蛋白的数目；(4)生物体液的代谢物分析可反映机体系统的生理和病理状态。通过代谢组学研究既可以发现生物体在受到各种内外环境扰动后的应答不同，也可以区分同种不同个体之间的表型差异。代谢产物是基因表达的最终产物，在代谢酶的作用下生成。虽然与基因或蛋白质相比，代谢产物较小，但是能形成代谢产物的细胞均是活细胞，因此代谢产物的研究越来越重要。研究人员通过对机体代谢产物的深入研究，可以判断机体是否处于正常状态，而对基因和蛋白质的研究都无法得出这样的结论。事实上，代谢组学研究已经能诊断出一些代谢类疾病如糖尿病、肥胖症，代谢综合征。目前，已经研究清楚的普通代谢途径包括三羧酸循环（TCA）糖酵解，花生四烯酸（AA）/炎症途径。

根据研究对象和目的不同

代谢组学分为4个层次代谢物靶标分析(metabolitetargetanalysis)对某个或某几个特定组分的分析。代谢轮廓(谱)分析(metabolicprofilinganalysis)对少数所预设的一些代谢产物的定量分析。代谢组学(metabonomics)对限定条件下的特定生物样品中所有代谢组分的定性和定量。代谢指纹分析(metabolicfingerprintinganalysis)

不分离鉴定具体单一组分,而是对样品进行快速分类（如表型的快速鉴定）。研究范围

研究过程前期中期后期采集足够数量的样本；充分考虑样品收集的时间、部位、种类、样本群体等；分析过程要有严格的质量控制，如样本重复性、分析精度、空白等；样品主要是动植物的细胞和组织的提取液；处理生物样本最为常用的是冰冻/液氮降温法及冷冻、干燥的保存技术。前期样品制备

以临床标本为例处理尿液、血浆一般采用液液萃取法及固相萃取。

液液萃取利用有机溶剂分离和提取水相液体混合物中的组分；

固相萃取（SolidPhaseExtraction）就是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分离，然后再用洗脱液洗脱或加热解吸附，达到分离和富集目标化合物的目的。

细胞、组织则多采用超声破碎提取。中期检测中期检测、分析与鉴定的主要技术手段是液相与质谱联用技术(LC-MS)气相与质谱联用技术(GC-MS)核磁共振（NMR）

WebofScience的数据显示，LC-MS是目前最主要的代谢组学分析平台，其次为NMR，GC-MS使用相对较少.

质谱技术（MS）：是将离子化的原子、分子或是分子碎片按质量或是质荷比(m/e)大小顺序排列成图谱,并在此基础上，进行各种无机物、有机物的定性或定量分析；新的离子化技术则使质谱技术的灵敏度和准确度均有很大程度的提高；联用其它的一些分析技术

高效液相色谱仪(HPLC)、气相色谱(GC)、高效毛细管电泳(HPCE)等。它们往往与NMR或MS技术联用，进一步增加其灵敏性。

液相色谱和质谱联用（LC-MS）

灵敏度较高，检测限为ppb（即十亿分之一），可用于痕量分析；根据液相的柱效，可分为HPLC（高效液相色谱）和U(H)PLC（超高效液相色谱）；适用于分析热稳定性差、沸点较高、极性强、离子化的化合物；与GC-MS相比，LC-MS样品处理简单、无需衍生化操作。

LC-MS根据电离方式不同，可分为2种

工作方式的质谱电喷雾离子源(Electronsprayionization，ESI)可同时分析挥发性和非挥发性代谢产物，适用于离子型以及极性化合物的鉴定分析；灵敏度较高，能分析大分子量的化合物(分子量大于1000Da).大气压化学电离源(Atmosphericpressurechemicalionization，APCI)较ESI基质效应小，且受流动相缓冲盐影响较小；APCI主要分析非极性以及小分子的化合物（相对于用ESI电离的化合物而言）。气相色谱-质谱联用（GC-MS）分离效能及灵敏度高、重现性好；分析样品时需要进行衍生化处理；只能分析易挥发且较稳定的物质；在代谢组学的研究中大多作为靶向性物质的分析，亦或作为非靶向性代谢组学LC-MS的一种补充。三种电离方法电子轰击电离（Electronimpact，EI）；正化学电离（Chemicalionization，CI）；负化学电离（Negativechemicalionization,NCI）

优点①无损伤性,不破坏样品的结构和性质.②可在一定的温度和缓冲范围内进行生理条件或接近生理条件的实验.③与外界特定干预相结合,研究动态系统中机体化学交换、运动等代谢产物的变化规律.④实验方法灵活多样.但仪器价格及维护费用昂贵限制了该技术的进一步普及。

核磁共振技术（NMR）利用高磁场中原子核对射频辐射的吸收光谱鉴定化合物结构的分析技术,可用于体液或组织提取液和活体分析两大类。

代谢组学3种主要分析平台对比代谢物可以通过与对照样品的比值进行相对定量；通过添加标准参照物以及对代谢物进行同位素标记，可获得绝对定量的代谢组数据集；获得代谢组的定量数据集，可采用多种数据分析策略进行代谢组数据分析；分析策略的基本原则是比较实验组与对照组之间代谢物水平差异，并利用统计方法评估这些差异的显著性。代谢组数据采集与分析

代谢组学研究的后期需借助于生物信息学平台

HumanMetabolomeDatabase:http://www.hmdb.ca/

Golm

MetabolomeDatabase:http://csbdb.mpimp-golm.mpg.de/csbdb/gmd/msri/gmd_sspq.htmlSpectralDatabaseforOrganicCompoundsSDBS:

http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgiMassBank:

http://www.massbank.jp/?lang=en单细胞质谱分析方法

不同的细胞个体之间具有差异性；在相同条件下培养的同源细胞,它们在形态、基因表达水平以及生长特性上都存在一定的差别；造成这些差别的便是细胞在新陈代谢过程中所发生的一些随机过程；在细胞中所发生的随机过程可能会导致细胞某些参数的检测结果存在多个稳态,而群体细胞的检测结果只能给出这些稳态的一个平均结果；代谢组学的研究中，经常出现的另一个单词Metabolomics就是专指细胞层次上的代谢组学研究。R.ZenobiScience2013;342:1243259A图中的黑色和白色圆圈分别代表由同源细胞经过一段时间的培养后所产生的具有不同表型的子代细胞.B图群体细胞实验和单细胞分析实验结果的比较为了如实地反映细胞在结构和功能上对生物系统的正常运转所起到的作用,就必须从单细胞水平上对细胞中物质的组成和含量进行分析研究；但是单细胞分析研究却由于细胞的极小体积极多的物质种类、极少的物质含量以及不同物质间显著的浓度差异而一度受阻；质谱是一种很适合于单细胞分析的检测方法它具有极高的灵敏度、多物质同时检测的能力以及对所感兴趣的分子进行结构鉴定的能力。

不同离子化方法造就了不同的单细胞质谱分析方法

主要包括电喷雾/纳喷雾离子化(electrospray/nano-electrosprayionization,ESI/Nano-ESI)、激光剥蚀/激光解吸附离子化(laserablation/laserdesorptionionization,LA/LDI)二次离子电离(secondaryionizationmassspectrometry,SIMS)等.这些离子化方法能对不同种类的物质进行离子化,如蛋白质、多肽、酯类、小分子代谢物以及元素等；单细胞质谱分析无需标记,且能够进行多组分的同时分析。代谢组学的发展过程是一个不断整合的过程。内部整合：指的是对代谢组学研究中所用到的技术手段的整合，研究对象的整合，它的目的是为了实现代谢组学的全面性。外部整合：代谢组学与蛋白质组、基因组学、转录组学及其它组学之间的交叉组合，是增强代谢组学研究系统性的整合，是整体系统生物学研究的必然要求。联合运用多种分析检测手段及数据处理方法对多种不同来源的生物样本进行同时分析是代谢组学内部整合的主要内容。这种全面性检测是单一检测技术无法实现的。代谢组学整合化发展概况内部整合I检测技术整合技术整合可整合成熟的应用技术，也可整合新研发技术。多项技术或多种检测器在线组合或平行联用可显著增强单个生物样本中不同极性，不同相对分子质量代谢物的分析，降低定量限。发挥每种分析手段的优势，有助于了解更多化合物信息，找到更多关键化合物，获取其生物学意义。（1）在线联合质谱及共联用技术（MS、LC-MS、GC-MS、CE-MS）与核磁共振（NMR）是代谢组学研究中常用的分析技术，各有其应用优缺点。HPLC-DAD-MS-SPE-NMR通过自连接MS与NMR接口，构成了在线组合系统，集合了三种检测技术的优势，克服了各种技术单独使用时的缺陷，能够提供综合的机构化数据。硬件：BrukerAVANCEIII600MHz

核磁共振波谱仪、

Agilent1200

液相色谱系统、BrukermicroOTOF-QII高分辨电喷雾四级杆飞行质谱仪、Bruker/spark固相萃取系统、LC-SPE-NMR-MS联用附件等组成。特点：①.对代谢物和小分子物质进行定性定量分析；②.一次进样得到代谢物的UV、分子量及NMR结果信息，效率高；③.能够监测代谢物的动态变化；④.能够进行大批量样品检测⑤.系统内各仪器之间能自由组合使用，灵敏度高。①.小分子结构鉴定及定量分析核磁共振波谱能够提供化合物内部各原子核的化学位移、自旋耦合裂分方式及峰积分面积，NOE信息、标量耦合信息等丰富的结构信息，因而常用进行化合物结构测定和构型确定。TargetAnalysis可以全自动地提取并识别目标化合物的离子色谱图，同时通过质量准确度、同位素分布模式、保留时间等对目标化合物进行鉴定。目标化合物数据库自动生成相应的数据处理方法和流程，可用于自建目标化合物数据库。②.代谢物定性测定及定量分析

1H-NMR对生物体系代谢混合物中的含氢化合物均有响应，能完成对样品中大多数代谢物的定性和定量分析，具有较高的灵敏度和较好的重复性，多用于代谢物指纹图谱分析和寻找样品间的显著差异代谢物。

主要应用③.生物大分子结构解析及其与配体的相互作用研究

NMR技术可以在更接近生理环境的状态下对蛋白质三维结构和相互作用进行研究。NMR能够提供生物大分子的丰富动力学信息包括弛豫速率、化学交换、结合强度、构象变化等，可用于研究生物大分子与药物小分子或生物大分子之间的相互作用方式、相互作用位点等。（2）平行联用内部整合II多种样本的整合分析生物样本多种多样，包括体液、组织、细胞及其它，每种样本含有的代谢物信息映射出研究对象的生理状况。内部整合III数据处理方法整合运用代谢组学数据具有高噪声、高维、小样本、高变异性等特征。进行统计学分析前需要对数据进行预处理，包括归一化、标准化、即中心化和尺度化，以及数据转换。需要根据具体的目的、数据类型及选用的统计方法综合考虑，选择恰当预处理方式。①.

实验室特定数据库：可存储实验方法和原数据，所含信息非常详细，可采用标准格式输出数据给其它数据库。②.物种数据库：存储与某一物种相关的，已报道的，相对简单的代谢物图谱，可为其它实验提供数据源。③.通用代谢谱：存储通用的代谢标准谱，包含很多物种在不同的生理状况下已报道的代谢谱，可用于不用数据库，不同代谢组学研究平台之间的比较。④.特定物种的已知代谢物库：基于特定物种，已观测到的，在不同生理状态下检测到的代谢物。⑤.已知代谢物库：不针对具体物种，所有检测到的代谢物，数据存储可以单个生物水平进行，也可按其它分类方法。⑥.标准生物化学数据库：其提供的是已有的生物化学信息，大部分来自文献，常用的有KEGG，ExPASy等。⑦.代谢组学数据库与国际标准：理想化的代谢组学数据可应全面，量化，可随着分析技术的发展，收录新的格式数据，并和平行组学的对应实验数据兼容。代谢组学数据库整合建设代谢组学数据整合分析示例外部整合代谢组学最终要建立起该领域的专家系统和数据库，并与其它组学数据库相互整合，找出基因变异，蛋白表达和代谢扰到之间的内在联系，提升代谢组学在药物和疾病领域的研究价值。除了适当的数据库外，更需要先进的数学分析方法。基于GeneOntology的整合生物信息数据平台（BioDW）能将多种异构的，分散的生物信息数据库集成到统一模式的数据仓库中，实现生物数据智能化。代谢组学整合化分析流程病变标记物的发现；疾病的诊断；治疗和预后的判断；机体的病理变化使得机体的代谢产物产生某种相应的变化,对这些由疾病引起的代谢产物的响应进行分析,即代谢组学分析；能够帮助人们更好地理解病变过程及机体内物质的代谢途径,有助于疾病的生物标记物的发现和辅助临床诊断的目的。一、疾病研究1.糖尿病代谢组学技术是研究Ⅱ型糖尿病和胰岛素抵抗的有力工具，它能够识别那些常规方法无法识别的代谢产物。检测血清脂肪酸代谢状况可快速诊断2型糖尿病。对Ⅱ型糖尿病人尿液进行代谢组学分析，发现了马来酸(Maleicacid)、氧基乙酸(Oxylacetic

acid)、4-氨基苯甲酸(4-Aminobenzoicacid)等与Ⅱ型糖尿病有关的潜在生物标志物。2.肝病利用LC-MS鉴定到5个慢性乙型肝炎引发的急性肝衰的诊断标志物。3.心血管疾病对急性心肌缺血患者的血浆进行分析，发现了32个与疾病相关的潜在生物标志物。4.肾病综合征不进行肾活检的情况下应用代谢组学的手段鉴别出各型原发性肾病综合征患者尿或血中含量具有差异的一种或多种小分子代谢产物为诊断和治疗原发性肾病综合征提供了新思路。

5.肿瘤检测肿瘤组织的代谢改变例如高浓度的乳酸与疾病早期阶段的远处转移发生率相关；鉴定肿瘤相关的代谢标志物采用代谢组学分析代谢网络，有助于发现肿瘤治疗的新靶点；肿瘤的早期诊断及分期代谢组学技术可以较准确区分出肿瘤患者血液和健康人血液的差异，且假阳性率较低，现已通过分析血清或肿瘤组织的代谢谱，用于卵巢癌的临床诊断过程。肿瘤的个体化治疗及预后(1).可以对手术治疗预后进行评价.

(2).药物代谢组学技术将有助于肿瘤患者化疗药物的个体化治疗及疗效评估.(3).

可用于术后疗效监测.

例如：顺铂是一种广泛应用的抗肿瘤药物，但有严重的肾毒性，可利用用药前的代谢谱差异，来预测用药后可能发生的毒性反应。二、药物研发

疾病动物模型（包括转基因动物）的确证；药物筛选；药效及毒性评价；作用机制和临床评价。三、在毒理学中的应用代谢组技术可以直接反映毒物对机体的影响；采集机体尿液或血液，利用代谢组技术分析毒物作用后代谢物组成变化，可以无损伤性的评估目标器官的受损程度。四、在酶功能研究中的应用代谢组学研究方法可以对代谢网络中的酶功能进行有效的整体性分析酶通过催化特异底物生成产物来调节生物变化过程，鉴定内源性底物可推知体内酶的功能。代谢组技术研究酶功能有两种策略：

代谢物指纹印迹分析以及代谢物发掘

可以进行已知酶的新活性研究，也可以研究未知酶五、植物代谢组学(1)某些特定种类(species)植物的代谢物组学研究。

这类研究通常以某一植物为对象，选择某个器官或组织，对其中的代谢物进行定性和定量分析。(2)不同基因型(genotypes)植物的代谢物组学表型研究。

一般需要两个或两个以上的同种植物(包括正常对照和基因修饰植物)，然后应用代谢物组学对所研究的不同基因型的植物进行比较和鉴别。(3)某些生态型(ecotypes)植物的代谢物组学。

这类研究通常选择不同生态环境下的同种植物，研究生长环境对植物代谢物产生的影响。(4)受外界刺激后植物自身免疫应答。六、微生物代谢组学微生物表型分类；突变体筛选；代谢途径及微生物代谢工程；发酵工艺的监控和优化；微生物降解环境污染物。

七、临床营养研究营养素和膳食干预研究确立干预的作用机理以及怎样影响代谢途径。膳食标志物的研究基于NMR代谢组学的研究已可鉴定出人类在进食肉类后具有特征性的代谢相关标记物。饮食相关疾病的研究例如支链氨基酸与胰岛素抵抗和Ⅱ型糖尿病之间存在相关性。代谢是生命活动的基本特征之一。生物体内各种物质按一定规律不断地进行新陈代谢.有机体在物质代谢过程中伴随着能量的释放，转换利用，故称为能量代谢，细胞的主要能量来自于糖代谢，脂肪代谢和氨基酸代谢等。正常细胞中，葡萄糖主要通过糖酵解和氧化磷酸化（oxidativephosphorylation，oxphos)来提供能量。疾病导致机体病理生理过程变化，最终引起代谢产物发生相应的改变，通过对某些代谢产物进行分析，并与正常人的代谢产物比较，寻找疾病的生物标记物，将提供一种较好的疾病诊断方法。肿瘤代谢组学

1931年，德国生理学家奥托•瓦博格因为发现细胞代谢关键的酶而获得诺贝尔医学生理学奖。

“瓦博格效应”，19世纪20年代瓦博格提出，肿瘤细胞之所以比正常细胞生长快，因为其主要依靠糖酵解途径，而不是有氧代谢途径消耗更多葡萄糖，但产生的ATP数量比较少。

肿瘤的形成涉及多基因突变，是多步骤的病理变化过

程。代谢重塑是其显著特征。肿瘤需要能量代谢重组来维持能量供给与需求平衡，肿瘤细胞重组的能量代谢包括有氧糖酵解、谷氨酰胺分解、逆向Warburg效应和截断的三羧酸循环。葡萄糖、脂肪酸、氨基酸转运和代谢对肿瘤细胞至关重要，且与肿瘤患者的不良预后有关。有氧糖酵解、谷氨酰胺分解代谢活跃等区别于正常细胞的能量代谢模式，满足了肿瘤细胞快速生长和增殖对于ATP、大分子合成原材料及NADH/NADPH等还原当量的需求，也为肿瘤药物开发及治疗提供了理想靶点。肿瘤内存在富氧区域以及乏氧区域，乏氧区肿瘤细胞主要通过糖酵解方式产能，并释放乳酸；富氧区肿瘤细胞则主要通过氧化磷酸化方式，部分通过糖酵解方式产能。糖酵解与氧化磷酸化两者之间互相协调，产生“代谢共生。”富氧区的肿瘤细胞可以摄取乏氧区肿瘤细胞糖酵解产生的乳酸，并以乳酸为原料用于氧化磷酸化产能，支持自身细胞生存。肿瘤细胞间的这一通过乳酸穿梭方式维持代谢稳态的现象称之为“代谢共生。”代谢改变促进肿瘤细胞的增殖、抑制细胞凋亡、诱导肿瘤血管形成，肿瘤干细胞生成，最终可导致治疗抵抗、肿瘤进展以及预后不良。

肿瘤细胞有氧糖酵解途径1.1线粒体损伤。线粒体形态和代谢在细胞稳态中发挥重要作用。线粒体DNA（mitochondrialDNA，mtDNA）与核DNA（nuclearDNA，nDNA）可编码蛋白，维持线粒体功能。微小RNA（microRNA，miRNA）能够调节线粒体内的信号通路，从而影响细胞内的能量代谢。线粒体失功能与异常增加的线粒体复制有关，其机制是线粒体单链DNA连接蛋白的过表达。线粒体渗透性转变可以抑制线粒体功能，促进肿瘤“Warburg效应”。细胞代谢对比：正常细胞依赖氧化磷酸化，肿瘤细胞依赖糖酵解和谷氨酰胺代谢致癌的糖酵解代谢代谢关键酶的变化1.2肿瘤细胞的高糖酵解活性涉及糖酵解酶、葡萄糖过表达及线粒体氧化磷酸化（oxidativephosphorylation，OXPHOS）酶系低表达。果糖-1，6二磷酸酶缺失、异柠檬酸脱氢酶突变、代谢关键酶如琥珀酸脱氢酶、延胡索酸水合酶、丙酮酸激酶和异柠檬酸脱氢酶的突变或表达异常均与肿瘤发生相关。1.3缺氧微环境大多数的肿瘤组织常因血管异常而存在急性或慢性缺氧。然而，即使是在氧供应充足的条件下，肿瘤细胞仍表现出较高的糖酵解率。1.4基因组的变化基因突变影响一些信号通路可调节肿瘤细胞能量代谢。许多癌基因和抑癌基因均调控了这个过程。BRAF基因是代谢稳态的主要调节者，通过减弱OXPHOS过程诱导生物能量对肿瘤快速增殖的适应。抑癌基因SIRT6可以调节肿瘤细胞的有氧糖酵解，也可以改变MYC基因的转录活性以调节核糖体的代谢。肿瘤抑制基因SIRT3的缺失可导致肿瘤细胞中ROS和HIF蛋白的异常增加，后者可引起肿瘤细胞内的代谢重组和葡萄糖需求的增加。线粒体中富含肿瘤坏死因子受体相关蛋白1（TRAP1）可以调节肿瘤细胞氧化磷酸化和有氧糖酵解的转换。Cancercell:myc失调促进代谢重编程和肿瘤发生还需一因子当Myc发生功能失调，能够在转录水平对细胞代谢进行重编程，促进肿瘤形成。癌基因myc需要myc超家族成员，营养感应转录因子mondoA作用共同促进肿瘤发生。通过对mondoA或与其发生二聚化的mix进行敲低，能够阻断myc诱导的多条代谢途径重编程，导致细胞凋亡发生。再对myc和mondoA共调控的基因进行鉴定和敲低，研究人员发现脂质合成对维持myc驱动的肿瘤存活具有非常重要作用。通过对临床肿瘤病人研究进一步发现myc和mondoA共调控基因的过表达与许多癌症病人的不良状况都具有相关性。myc和mondoA能够对肿瘤代谢进行共同调节，因此，抑制mondoA及其靶基因或可成为治疗肿瘤的一条有效途径。map05230（Centralcarbonmetabolismincancer）肿瘤细胞也可通过谷氨酰胺分解（glutaminolysis）实现合成代谢的目的，而无需呼吸链过程。除了对糖酵解的依赖外，肿瘤细胞也需要谷氨酰胺。和葡萄糖一样，谷氨酰胺也是一种回补物质，它可以为Krebs循环(KrebsCycle，三羧酸循环)提供草酰乙酸等能源性前体物质。由于糖酵解和谷氨酰胺代谢(glutaminolysis)提升了细胞内的碳通量，造成Krebs循环前体中间物的聚集，从而激活另一条代谢通路磷酸戊糖途径(PentosePhosphatePathway)。磷酸戊糖途径可以产生大量NADPH，这可以还原谷胱甘肽的，从而缓解细胞内的氧化应激水平。此外，磷酸戊糖途径可以产生大量核糖-5-磷酸，后者是核酸生物合成必需的构件分子。谷氨酰胺代谢肿瘤细胞的能量产生过程和潜在抑制靶点正常细胞ATP的来源和用途肿瘤细胞的ATP和能量来源面对化疗和放疗所带来的遗传毒性应激，肿瘤需要适应这种环境并开启自我防御机制，其中包括药物外排、DNA损伤修复、生存相关基因表达上调、抗凋亡和胞内存活信号通路激活，这一系列生命活动均需要大量持续ATP供给。上述任何一种适应/防御策略均需要与ATP产生相关通路交联，例如有氧糖酵解/谷氨酰胺代谢/磷酸戊糖途径。然而，这些代谢通路的产能效率远低于氧化磷酸化。如果ATP需求大于了供给，就会出现一种“能量赤字”，此时肿瘤会有三种应对策略：提升ATP产量、通过