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摘 要：兽药残留分析检测技术的开发与创新是动物源性食品安全监测的重要研究内容。作为系统生物学的重要组成部分，代谢组学研究及其检测技术在动物源性食品安全领域发挥了不可或缺的作用。基于当前代谢组学技术在兽药残留检测领域的研究成果，阐述了代谢组学的概念、原理与分类;以“瘦肉精”和类固醇两类违禁兽药残留检测为例，简述了液相色谱串联质谱法（liquid chromatography-tandem mass spectrometry， LC-MS）、气相色谱串联质谱法（gas chromatography-tandem mass spectrometry， GC-MS）等代谢组学常用检测技术对动物血液、尿液等生物样本进行残留分析检测的应用现状，分析了非靶向代谢组学与靶向代谢组学存在的精确度差与通量低等问题，以及代谢组学技术对大型仪器设备与专业数据库过度依赖的局限性;进一步提出了代谢组学技术在兽药残留检测的应用中应根据样品特点及检测目的，将多技术平台（液相色谱-电喷雾飞行质谱、超高效液相色谱-四级杆飞行时间质谱）、分析平台（主成分分析、偏最小二乘判别分析）与多组学技术（基因组学、转录组学、蛋白组学）联合使用以提高代谢组学技术在兽药残留检测领域的适用性与应用范围，为兽药残留分析检测提供新的研究方向。
关键词：食品检验学;代谢组学;兽药残留;食品安全;检测
中图分类号：Q591.1 文献标志码：A
文章编号：1008-1542（2019）04-0359-07
近年来全球范围内食品安全事件层出不穷，对人类的身体健康以及食品产业发展产生了严重的不良影响，如新西兰恒天然肉毒杆菌、巴西的“黑心肉”以及中国的瘦肉精、三聚氰胺事件等。在常规食品分析检测中， 质谱、光谱、色谱以及其他一些仪器分析方法对已知目标物质的检测结果是较准确的[1]，但在某些特殊情况下，这些有针对性的方法不能检测到该类物质或新代谢产生的化合物[2-3]，且动物源性食品的兽药残留检测常存在兽药残留浓度较低，同时测定抗生素[4-5]、受体激动剂[6]、类固醇[7]等不同性质的兽药会较困难等，因此亟需开发新型的检测方法和策略来解决这一技术难题。
代谢组学（metabonomics）是研究受刺激或扰动后的生物体系（细胞、组织或生物体）代谢产物的变化或其随时间变化的一门科学，目的是分析生物系统内所有代谢物的含量[8]。1999年英国伦敦大学帝国学院的 NICHOLSON 教授首次定义了代谢组学[9]， 它与基因组学、蛋白质组学、转录组学共同构成了“系统生物学”[10]。代谢组学技术能从小分子的角度来分析生物体系，在目标物质的分析方面具有独特的优势，近年来迅速发展并渗透到食品、中医药、农业、林业、畜牧业等多种领域，并发挥了不可替代的作用[11-12]。
代谢组学可以对已知的化学物质进行分析， 又能对未知化学物质进行分析，根据研究的目的和对象的不同，可分为靶向代谢组学和非靶向代谢组学;靶向代谢组学和非靶向代谢组学皆可用于研究兽药的代谢机制，靶向代谢组学针对的是特定的某一类代谢物，用于少量目标代谢物检测，关注目标通路代谢物，是绝对定性定量的，而非靶向代谢组学面对的是生物体内源性的整体代谢物全面检测，寻找潜在生物标志物，其操作简单，且非靶向检测代谢物通量高，发现新标志物的几率大。因此近些年来， 国内外一些学者陆续将代谢组学技术应用于食品安全领域，例如检测兽药残留，对掺假食品进行分析鉴别[13-14]，检测食品或食品包装材料中的有害物质[15]等，靶向和非靶向代谢组学技术可表达出生物标志物与违禁添加的兽药之间的关系， 从而可作为指示物为相关预警监督提供一个平台[2，16]。
代谢组学作为一种新型的药物监控检测技术，可用来解决食品安全问题，为人类健康生活提供更好的保障。
通过总结、分析和讨论代射组学在兽药违规检测中的应用现状，为进一步应用代谢组学技术、开展食品安全风险监测与评估提供一定的参考[17]。
1 瘦肉精及其代谢产物的代谢组学分析
瘦肉精，即克倫特罗（clenbuterol，CLE），属于β-受体激动剂，临床上最初用来治疗哮喘、阻塞性肺炎等疾病;与之作用机理相似的还有莱克多巴胺（ractopamine，RAC）、沙丁胺醇（salbuterol，SAL）、硫酸沙丁胺醇、硫酸特布他林、西巴特罗、盐酸多巴胺等多种β-受体激动剂类药物，均可显著提高胴体瘦肉率和饲料转化率[6]，近年来，包括中国在内的许多国家都出现食用β-受体激动剂残留产品而发生食物中毒的事件。中国针对瘦肉精的检测设置了一些标准，常用液相色谱串联质谱法（liquid chromatography-tandem mass spectrometry，LC-MS）进行动物组织中沙丁胺醇、莱克多巴胺、克伦特罗等残留量的检验[18-21]，但是常规检测技术对某些禁用药物的新化合物或者低剂量联合使用往往无法检测出来[22]，需进行更严格的监督检测来保障动物源食品安全，代谢组学技术可用来检测这一类药物的生物标志物，进而可有效帮助监测该药物的非法使用情况[22-31]。
近年来研究人员陆续将代谢组学技术应用于违规使用瘦肉精而残留于动物体内的检测，虽检测过程有些不同，但皆证明了代谢组学技术在兽药残留检测方面的可行性以及可靠性，例如以2-吲哚甲酸作为生物标志物有助于对瘦肉精的滥用情况进行监测。因为服用瘦肉精后动物体内代谢水平会发生变化，通过识别异常代谢物水平，可找出潜在的生物标志物，对其进一步鉴定分析后可帮助了解瘦肉精在动物体内详细的代谢机制，进而对瘦肉精的滥用情况进行监测[28，30]，瘦肉精在牛体内已知的主要代谢途径如图1所示[25]。
DERVILLY-PINEL等[23]研究β-受体激动剂（β-agonists）对牛尿液代谢的影响，发现代谢组学技术可通过生物标志物和统计模型来监测动物体内是否使用β-受体激动剂，并利用生物矩阵分析揭示药物的生物效应;DOMNGUEZ-ROMERO等[24]利用液相色谱-电喷雾飞行质谱法（liquid chromatography electrospray time-of-flight mass spectrometry，LC-TOF MS）检测大鼠单次给药后，克伦特罗、特布他林和沙丁胺醇的尿代谢产物情况，经鉴定共发现11种代谢产物，其中有4种未出现在以前尿液报告中。