生命科学研究日新月异，基因组次及相关分析技术的提高极大地推动力转录组学、蛋白质组学、代谢组学、表型组学等的快速发展，人们可以采用系统集成的手段，多层次揭示生命现象。这种研究的思路和方法催生了系统生物学。代谢组学是系统生物学的重要组成部分，代谢物与表型最为接近，代谢物的变化更直接地揭示基因的功能。因此代谢组学研究越来越受到广泛的关注，代谢组学手段在解析生物系统及基因功能等方面也发挥着越来越重要的作用。

代谢组（metabolome）：指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。

代谢组学（Metabolomics）：指对某一生物、组织或细胞中所有低分子量（通常指MV＜1000）代谢产物进行定性和定量分析的一门科学。

近年来随着新技术的不断涌现，加快了多组学研究向定量化，高通量的发展，特别是在单细胞层次研究基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学，已成为人们发现生命化学物质基础和深入了解其分子机制的新方向。

通过对多组学数据的整合分析，有利于系统性地研究临床发病机理、确认疾病靶点，发现生物标志物与进行疾病早期诊断，从而对个体化治疗和用药指导发挥重要作用。

v 核酸组学：从底层原因层面探究和解决生物学问题

v 蛋白组学：从表层原因层面探究和解决生物学问题

v 代谢组学：从分子性状及结果层面探究和解决生物学问

多层组学整合：组学发展的新趋势，结果更可靠、数据更丰富

组学研究整体框架

技术流程

案例分析

案例一：蛋白质组+转录组

参考文献：Cabezas-Wallscheid N ,Klimmeck D, et al. Identification of Regulatory Networks in HSCs and Their Immediate Progeny via Integrated Proteome, Transcriptome, and DNA Methylome Analysis[J]. Cell Stem Cell , 2014 , 15 (4) :507-22
文章内容：文章针对造血干细胞（hematopoietic stem cells，HSCs)及四种多能祖细胞群（multipotent progenitor，MPP）的定量蛋白质组、转录组及甲基化分析数据进行了整合分析。从鉴定到的27000余条转录本，6000余个蛋白和15000余段差异甲基化区域（differentially methylated regions，DMRs）中，分析出与早期分化相关的协同作用的分子变化。文章数据揭示出493种转录因子的转录本与628条lncRNA的差异表达图谱，并找出了HSCs中重点的特异表达群。同时还发现了在HSCs分化过程中的起关键作用的转录本亚型动态调控模式，以及与MPP2细胞多能性相关的细胞周期/DNA修复特征。文章在造血层级系统的顶层提供了一个综合的全基因组的分析资料，便于探讨涉及分子、细胞、表观遗传的机制调控。

图1. 转录组及蛋白质组差异表达分析

图2. 基因表达特征谱及转录本亚型调控

案例二：转录组+蛋白质组+代谢组

参考文献： Quirós PM , Prado MA, et al. Multi-omics analysis identifies ATF4 as a key regulator of the mitochondrial stress response in mammals[J]. Journal of Cell Biology , 2017 , 216 (7) :2027
文章内容：通过分析四种线粒体应激处理后细胞转录组、蛋白质组和代谢组的变化，发现ATF4基因是线粒体应激调控的关键基因。

图1：低通量手段检测四种处理引起的线粒体功能变化

图2. 基因表达特征谱及转录本亚型调控

图3：代谢组差异分析及通路示意图

图4：下调蛋白的韦恩图与KEGG通路富集图