代谢组对我们的生理机能非常敏感，处于我们基因组和环境的交汇处。开发手持设备，使人们能够监测自己的代谢物变化，从而预测未来的疾病，这将使他们能够掌握自己的医疗保健，从而改变医学。
美国麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所代谢组学平台主任Clary Clish博士解释说:“精准医学是一种为个体提供护理的方法，考虑他们的基因和环境，为他们确定最佳的治疗或预防策略。”
就实现这一愿景而言，可以理解的是，很多注意力都集中在我们的基因组上——利用遗传信息来预测我们未来可能出现的状况，更准确地诊断我们的疾病，并选择正确的治疗方法。
但是代谢组学，即对我们体内成千上万个小分子的描述和解释，也有很多东西可以提供。
“基因组学告诉你可能会发生什么。但我们真正想知道的是实际发生了什么，这是代谢组学告诉你的，”加拿大阿尔伯塔大学生物科学系和计算科学系教授大卫·威夏特博士说。
代谢组学筛查可以挽救生命
事实上，代谢组学已经在为精准医疗提供动力，例如使用新生儿血斑试验先天性代谢错误的筛查方案。
“代谢组学解读不仅可以诊断这些罕见的遗传疾病之一，而且在许多情况下还可以及早检测到它，以便采取措施——因此它永远不会发展成严重的疾病，”Wishart说。
以类似的方式，代谢组学也可能为糖尿病、癌症或阿尔茨海默氏症等更常见的疾病发出危险信号——甚至在确诊前10或15年就会发出危险信号。
“你只需要看看代谢组学在新生儿筛查中的成功程度，以及它挽救或改善了多少生命——如果它能对常见疾病产生同样的影响，那将是令人兴奋的，”Wishart说。
这个想法是筛选代谢物面板，然后解释这些信息，为个性化的生活方式或预防性药物策略提供信息。虽然这不是一种新方法——例如，对血液中脂质的基本筛查已经可以为医生提供足够的信息来开他汀类药物——但代谢分析将使其复杂性发生重大变化。
新型代谢物的研究
然而，在这场革命发生之前，还需要进行更多的研究来表征在临床症状出现之前可以预测不同疾病的代谢变化。科学家们正试图通过多年的纵向人口研究来确定这些问题。
克利什说:“如果某些人患上了某种疾病，我们可以回到他们的样本中进行分析，以寻找在他们被诊断出来之前就存在的紊乱。”
随着最近技术的进步，研究人员现在可以一次性测量样本中的数十万个分子。
克利什解释说:“在过去，我们会研究更有针对性或有限的一组代谢物，但现在我们正在进行非常广泛的非靶向筛选，这增加了我们发现与疾病相关的新型代谢物的可能性。”
研究人员不是简单地寻找代谢物的存在或不存在，而是需要进一步研究数据，以获得更详细的信息，比如代谢物的存在量，以及代谢物的升高或降低程度。因此，最大的挑战在于如何解读这些数据，从而弄清楚这种疾病中特定代谢物的变化有多具体。
代谢物分析提供了有希望的结果
代谢组学已经产生了一些结果，证明了它在早期发现疾病方面的潜力。
“在一个最近的研究我们发现了一种与肝脏脂肪相关的新代谢物，它也被证明是2型糖尿病发病前12年的一个强有力的预测指标。在另一项我们还没有发表的研究中，我们发现了一套很有前景的新颖指标，可以在诊断前五年诊断女性冠心病。”克利什说。
几年前，我们做了一个胰腺癌的研究在那里，我们在诊断前5年就发现了代谢紊乱。令人兴奋的是，这表明这种疾病在被诊断之前可能已经在亚临床存在了很多年，”他补充道。
量化是关键
在发现代谢变化后，可能需要数年时间才能将其转化为可靠的诊断工具。但最近技术的进步正在加速进步，同时人们也基本认识到，量化对于可重复性和临床应用都是至关重要的。
“在过去十年左右的时间里，我认为一切都有所改善——无论是仪器的灵敏度还是研究的设计，”Wishart说。
“我们曾经寻找定性的测量方法，所以无论某些东西是上升还是下降，但我们无法在跨平台或实验室之间进行比较。但现在，随着代谢组学越来越趋向于实际量化，这将意味着我们可以更快地将研究成果应用于临床实践。”
“组学整合”的好处
但最大的好处可能来自于将不同“组学”的大数据集结合起来。
“精准医疗要为人类工作，不仅仅是关于他们的代谢组、基因组、蛋白质组或微生物组，而是关于所有这些。如果我们能够整合所有组学研究的数据，我们将能够提出新的诊断、预后和治疗见解，这肯定会使医学更精确、更全面，”Wishart解释道。
“但作为一个群体，我们继续努力测量和记录这些组学研究，然后整合和解释它们——我认为这是我们最大的挑战，”他补充道。“如果我们能够克服这一点，我认为它将为已经存在或即将出现的疾病提供巨大的见解——这就是精准医疗的本质。”
个性化医疗:把权力交给人民
展望未来，研究人员设想了人们可以用来监测自己的手持设备，使他们能够控制自己的医疗保健。
克利什说:“有某种微分析仪的想法——使用像智能手机这样的设备——人们可以在家里定期监测自己的代谢情况，然后你就真正实现了精准医疗——因为每个人都知道自己的基线，并能够发现任何变化。”
“近年来，人们对微生物组的关注有所增加——当然在我的实验室里，我们一直在研究与疾病相关的粪便样本代谢物。因此，甚至有开发‘智能厕所’的概念——这样，与智能手机相结合——你就有了一套相当强大的措施。”
“我们一直渴望管理自己的医疗保健，所以把精准医疗的工具搬到你的手掌，我认为将改变医学，”Wishart说。
基因组的金丝雀占据了中心舞台
代谢组学以前经常处于其他“组学”的阴影之下，现在被认为是充分发挥精准医疗潜力的核心。
“代谢物是基因组的金丝雀，免疫系统的哨兵，它们是第一个反应者，”Wishart兴奋地说。“我们忽视它们就会有危险——所以这就是为什么我认为代谢组学如此重要。这是我们忽视了太久的东西，现在是时候更谨慎地重新平衡它了。”
