动物毒理学是一门研究外源因素（物理、生物、化学因素）对生物体的毒性反应、毒性严重程度以及发生频率和毒性作用机制的科学，也是对毒性作用进行定性和定量的科学。

       从毒理学角度，代谢组学是生物体在病理生理刺激和遗传因素改变的条件下，在不同时间、多方位定量检测其代谢变化。

       代谢物与传统毒理学以及细胞和分子毒理学相比，更能反映毒性作用机制。代谢组学通过分析毒作用的靶点、生物体液/组织中代谢产物的轮廓分布以及随染毒时间和染毒剂量的变化规律，可以确定毒作用的靶器官/组织、毒性作用过程和生物标志，从而进行毒理作用机制研究或化合物毒性评价。这些研究基本覆盖了毒性生物标志物的发现、毒性少选和毒性机揭示等3个主要代谢组学的研究方向。

·案例一·

Toxicological effects of As (V) in juvenile rockfish Sebastes schlegeliiby a combined metabolomic and proteomic approach（2019）

结合代谢组学和蛋白质组学方法研究的砷（V）对幼年石鱼Sebastes schlegelii的毒理学影响。

期刊：Environmental Pollution ( IF 8.071 )

技术路线：

研究内容

        砷（As）是海洋环境中普遍存在的金属元素，由于其潜在的毒性，其污染已引起全世界的关注。砷可在动物中诱发多种不良反应，例如脂质代谢紊乱，免疫系统功能异常，氧化应激和致癌作用。在自然环境中，无机砷包括两种化学形式，即亚砷酸盐（As（III））和砷酸盐（As（V））。由于（V）是天然水体中的主要形式。在本研究中，研究了在环境相关浓度的As（V）中暴露14 d的幼年石鱼Sebastes schlegelii的代谢组学和蛋白质组学变化。结合基于iTRAQ的蛋白质组学和非靶向代谢组学的分析表明，砷（V）对幼年石鱼具有明显的毒理作用。具体来说，As处理组的乳酸，丙氨酸，ATP，肌苷和磷酸胆碱等代谢产物发生了显着变化。蛋白质组学反应表明，As（V）不仅会影响能量和主要的新陈代谢以及信号转导，而且还会影响幼年石鱼的细胞骨架结构。这项工作表明，蛋白质组学和代谢组学相结合的方法可以揭示石斑鱼S. schlegelii中污染物的毒理作用。

·案例二·

Is selenium beneficial or detrimental to earthworm? Growth and metabolism responses of Eisenia Fetida to Na2SeO3 exposure（2021）

硒对蚯蚓有益还是有害？Na 2 SeO 3胁迫下对蚯蚓（Eisenia Fetida）生长和代谢影响

期刊：Science of the Total Environment ( IF 7.963 )

技术路线：

研究内容

        由于地质和人为输入的变化，硒在土壤中的分布不均匀，对蚯蚓产生不同的影响。通过分析蚯蚓在暴露于三种不同浓度的 Na 2 SeO 3后的生长和代谢反应来表征硒的影响。结果表明，除了 5 mg/kg 可能促进生长外，中低水平暴露于 Na 2 SeO 3(0.3–10 mg/kg) 对蚯蚓的生长没有显着影响。而在高水平暴露组（30-70 mg/kg）中观察到对生长的显着抑制作用。Se对蚯蚓生长的促进抑制作用存在一个拐点。为了研究蚯蚓的代谢反应，利用 LC-MS非靶代谢组学（高效液相色谱-电喷雾-质谱）方法来确定敏感的生物标志物。硒暴露显着改变了七种必需氨基酸的代谢，即酪氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、丙氨酸、甘氨酸和赖氨酸，以及两种硒氨基酸，即硒代甲硫氨酸和甲基硒代半胱氨酸。蚯蚓的整体代谢水平在低暴露浓度下不受影响，但在中等和高暴露浓度下会受到影响。从能量供需角度综合硒化合物代谢和三羧酸循环的代谢途径受Na影响2 SeO 3曝光。高暴露浓度下衍生的活性氧可能是硒对蚯蚓的生长抑制作用的原因。这项研究提供了关于 Na 2 SeO 3对蚯蚓的影响的生化见解，并表明约 2.3 mg/kg 的 Se 浓度对土壤生物健康是合适的。

·案例三·

Toxicological effects of microplastics in Litopenaeus vannamei as indicated by an integrated microbiome, proteomic and metabolomic approach（2020）

微生物组，蛋白质组学和代谢组学方法研究凡纳滨对虾对微塑料的毒理学作用

期刊：Science of the Total Environment ( IF 7.963 )

技术路线：

研究内容

         微塑料 (MPs) 是世界关注的危险污染物，威胁着水生生物和生态系统。在本研究中，我们选择了全球分布的南美白对虾作为模型，研究了五种 MPs 对南美白对虾的毒理效应。使用几种组学方法。暴露于 MPs 14 天后，观察到明显的肠道微生物群变化，例如拟杆菌门和变形菌门的丰度增加，厚壁菌门的丰度降低。具体来说，MPs 诱导了几种推定的机会性病原体并减少了产生乳酸和短链脂肪酸的细菌。或者，MPs 改变了血淋巴蛋白质组谱，但五种类型的 MPs 对富集途径和免疫相关蛋白的表达有不同的影响。此外，MPs 还引起血淋巴代谢物变异，尤其是氨基酸和 α-亚麻酸代谢，5 个 MP 处理组中 28 种差异代谢物发生了改变。肠道细菌的变化与虾的血淋巴蛋白和代谢物相关。

参考文献

[1] Xu, L. , et al. "Toxicological effects of As (V) in juvenile rockfish Sebastes schlegelii by a combined metabolomic and proteomic approach." Environmental Pollution 255.Pt 2(2019):113333.

[2]  Xu, Q. , et al. "Is selenium beneficial or detrimental to earthworm? Growth and metabolism responses of Eisenia Fetida to Na2SeO3 exposure." Science of The Total Environment 807(2022):150770-.

[3] Duan, Y. , et al. "Toxicological effects of microplastics in Litopenaeus vannamei as indicated by an integrated microbiome, proteomic and metabolomic approach." Science of The Total Environment 761.2(2020):143311.