人类代谢组数据库

人类代谢组数据库（英文：Human Metabolome Database, HMDB）是一个于2007年首次发布的、全面且高度注释的在线数据库，专门收录关于人类代谢组（即人体内发现的所有小分子代谢物）的详细数据。它是全球最大、最权威的人类代谢组学资源，旨在为代谢组学研究、临床化学、生物标志物发现和系统生物学提供一个集成的数据平台。

概述与目标

• 核心理念：HMDB遵循“基因组学有GenBank，蛋白质组学有UniProt”的理念，致力于成为代谢组学领域的核心参考数据库。

• 主要目标：

  1. 为所有已知的人类内源性代谢物提供全面的化学、临床和分子生物学数据。

  2. 促进疾病生物标志物的发现和验证。

  3. 支持代谢组学实验的数据注释和生物学解释。

  4. 促进代谢通路分析和系统生物学建模。

数据内容与规模

截至当前版本，HMDB 5.0（2022年发布）包含了超过217,000个代谢物条目。这些条目涵盖了广泛的人类代谢物，并进行了严格分类：

1. 内源性代谢物：

   • 在人体内合成或产生的代谢物。

   • 包括来自主要代谢途径（如糖酵解、TCA循环）的中间体，以及来自肠道微生物群、食物或环境的代谢物。

2. 外源性代谢物：

   • 药物、环境化学物质、食品添加剂、毒素等在人体内转化形成的代谢物。

关键数据字段与信息类型

对于每一个代谢物条目，HMDB都力求提供“一站式”的详细信息，主要包括：

主要特点与工具

1. 强大的搜索引擎：支持按名称、分子量、疾病、通路、MS/NMR谱图等多种方式检索。

2. 预测与分析工具：

   • MS/MS谱图预测器：基于化学结构预测代谢物的理论串联质谱图。

   • NMR谱图预测器：预测¹H和¹³C NMR化学位移。

   • 代谢物定位工具：查询代谢物在特定组织或体液中已知或预测的浓度。

3. “浏览”功能：允许用户按疾病、生物流体、通路、超类等进行分类浏览。

4. 数据可视化：提供化学结构、代谢通路图、谱图的可视化视图。

5. 数据质量与控制：大部分数据由专家手动提取和验证，确保高度准确性。许多代谢物条目包含“已验证”和“预测”的标签。

在科研与医学中的应用

1. 代谢组学研究的基石：为非靶向和靶向代谢组学实验提供必要的参考谱图和生物信息学注释，是鉴定未知峰、理解生物学变化的关键。

2. 生物标志物发现与验证：研究人员可以查询特定疾病相关的已知代谢物变化，为新发现的候选标志物提供背景支持。

3. 临床化学与诊断：为临床实验室提供代谢物参考浓度范围，辅助遗传性代谢病（如苯丙酮尿症）等的诊断。

4. 系统生物学与网络分析：提供代谢物-蛋白质（酶）-通路之间的关联数据，用于构建和模拟人体的代谢网络模型。

5. 药物开发：通过DrugBank（由同一团队开发）的紧密集成，提供药物及其代谢物的详细信息。

相关数据库与生态系统

HMDB是一个更庞大数据库家族的一部分：

• DrugBank：一个全面的药物和药物靶标数据库。

• FooDB：食品成分与风味物质的数据库。

• T3DB：环境毒素和毒物数据库。

• SMPDB：小分子通路数据库，提供精美的手绘代谢通路图，并与HMDB条目直接链接。

参考文献

1. Wishart, D. S., et al. (2007). HMDB: the Human Metabolome Database. Nucleic Acids Research, 35(Database issue), D521–D526.
   （介绍HMDB初版的开创性论文，阐述了其建立的必要性和基本框架。）

2. Wishart, D. S., et al. (2022). HMDB 5.0: the Human Metabolome Database for 2022. Nucleic Acids Research, 50(D1), D622–D631.
   （最新版本的官方论文，详细介绍了HMDB 5.0的规模扩展、新增数据和改进功能。）

3. Wishart, D. S. (2016). Emerging applications of metabolomics in drug discovery and precision medicine. Nature Reviews Drug Discovery, 15(7), 473-484.
   （由HMDB创始人撰写，综述了代谢组学及其数据库在药物研发和精准医疗中的新兴应用，展现了HMDB的实际价值。）

4. Wishart, D. S., et al. (2018). DrugBank 5.0: a major update to the DrugBank database for 2018. Nucleic Acids Research, 46(D1), D1074–D1082.
   （介绍了与HMDB紧密关联的姊妹数据库DrugBank的更新，体现了其数据生态系统的完整性。）

5. HMDB官方网站：https://hmdb.ca
   （数据库的在线入口，提供了所有数据、工具和相关资源的访问。该网站本身是最核心的参考文献。）