多層組學整合分析是指對來自基因組、轉錄組、蛋白組、代謝組和脂質組等不同生物分子層次的批量數據進行歸一化處理、比較分析和相關性分析等統計學分析，建立不同層次分子間數據關系。同時結合 GO 功能分析、代謝通路富集、分子互作等生物功能分析，系統多方面地解析生物分子功能和調控機制。不同分子層次的組學數據進行整合分析一方面可以相互驗證，另一方面也有助于相互補充，實現對生物變化大趨勢與方向的綜合了解， 提出分子生物學變化機制模型，并篩選出重點代謝通路或者蛋白、基因、代謝、脂質產物進行后續深入實驗分析與應用。

聯合分析研究思路

技術優勢

1. 通過對不同層面的表達水平分析，實現對蛋白質及代謝物的全譜分析。

2. 同時實現從“因”和“果”兩個方向探究生物學問題，相互間的驗證作用更明顯。

3. 闡述分子調控 - 表型間的關聯機制，系統全面地解析生物分子功能和調控機制。

4. 從海量的數據中去偽存真，篩選出重點代謝通路或者蛋白、代謝產物進行后續深入實驗分析與應用。

聯合分析圖例展示

多組學聯合分析案例解析

研究背景

丙型肝炎病毒（HCV）感染是肝臟疾病的主要原因，包括脂肪變性、纖維化和肝癌。然而，促進肝臟疾病進展的機制尚不清楚。

樣本類型

HCV 感染患者肝組織；類肝細胞模型；模型小鼠肝組織

技術策略

代謝組學 + 蛋白組學 + 轉錄組學

研究思路

結果速遞

從 HCV 感染的蛋白基因組圖譜中可以明顯觀察到，HCV 感染的過氧化物酶體功能嚴重受損。過氧化物酶體參與脂質合成、信號傳導、鏈脂肪酸的 β 氧化。HCV 病毒感染破壞與過氧化物酶體功能和脂質穩態相關的代謝途徑，造成細胞器的代謝功能受損，并在感染細胞中積累脂肪酸。HCV 感染增加了肝細胞內鏈長為 20-26 個碳的脂肪酸的胞內濃度，葡萄糖消耗的增加、乳酸鹽的積累和蘋果酸鹽的減少，證明糖異生作用受損。測量肝細胞內乳酸通量時，觀察到顯著的細胞內積累。這些數據表明，持續的 HCV 感染增強了細胞內長鏈脂肪酸和葡萄糖的代謝，并造成乳酸通量的 warburg 樣轉移（癌細胞也會將葡萄糖代謝為乳酸鹽），這是癌癥或細胞發生癌變的標志。

過氧化物酶體增殖激活受體 α（PPAR-α）是 HCV 敏感的調節因子。作者觀察到 HCV 感染強烈抑制了肝細胞中 PPAR-α 的表達。數據分析也發現，感染會誘發 STAT3 轉錄信號，而 STAT3 的激活會導致 IL-6R 受體轉錄的快速抑制。此外實驗證明，抑制 STAT3 活性可減少病毒對過氧化物酶體基因的抑制，表明 STAT3 信號通路與過氧化物酶體之間存在調控聯系。

參考文獻

Lupberger J, Croonenborghs T, Roca Suarez AA, et al. Combined Analysis of Metabolomes, Proteomes, and Transcriptomes of Hepatitis C Virus-Infected Cells and Liver to Identify Pathways Associated With Disease Development[J]. Gastroenterology, 2019, 157: 537-551.