KEGG 通路图看不懂？手把手带你从入门到通透
2025-08-18 来源:本站 点击次数:107在生命科学研究中，KEGG 通路图是理解基因功能、代谢网络和疾病机制的核心工具。但面对密密麻麻的节点和箭头，很多人直呼 “像天书一样难懂”。别担心，这篇指南将用通俗的语言和实操案例，带你一步步揭开 KEGG 通路图的神秘面纱。
第一部分：KEGG概览
KEGG（Kyoto Encyclopediaof Genesand Genomes，京都基因与基因组百科全书）是一个整合基因、代谢物、疾病等信息的数据库（（图1是KEGG全景概览，可以说包罗万象，不愧是百科全书），而通路图是它的 “灵魂”。简单来说，它用图形化的方式展示了生物体内基因/蛋白、化合物之间的相互作用网络，比如代谢反应、信号传递、疾病相关通路等。
举个例子：当你研究肿瘤细胞的能量代谢时，KEGG 通路图会告诉你，葡萄糖如何通过糖酵解转化为丙酮酸，丙酮酸又如何进入三羧酸循环产生能量 —— 这就是“糖酵解/糖异生通路（map00010）”的核心逻辑。通路图就像一张“生物地图”，帮你快速定位关键分子和调控路径。
更新： 知识库和网站功能不定期更新，最近一次更新Release 115.1, August 1, 2025（图2）
第一部分：KEGG概览
KEGG（Kyoto Encyclopediaof Genesand Genomes，京都基因与基因组百科全书）是一个整合基因、代谢物、疾病等信息的数据库（（图1是KEGG全景概览，可以说包罗万象，不愧是百科全书），而通路图是它的 “灵魂”。简单来说，它用图形化的方式展示了生物体内基因/蛋白、化合物之间的相互作用网络，比如代谢反应、信号传递、疾病相关通路等。
举个例子：当你研究肿瘤细胞的能量代谢时，KEGG 通路图会告诉你，葡萄糖如何通过糖酵解转化为丙酮酸，丙酮酸又如何进入三羧酸循环产生能量 —— 这就是“糖酵解/糖异生通路（map00010）”的核心逻辑。通路图就像一张“生物地图”，帮你快速定位关键分子和调控路径。
更新： 知识库和网站功能不定期更新，最近一次更新Release 115.1, August 1, 2025（图2）
图1
图2
用途：包含16个子数据库，有代谢通路、基因信息、化合物、酶、药物等等（见图3），均包含大量有用的信息，但最经常使用的是KEGG PATHWAY查询与分析。（见图4）
图3
图4
图4
知识点：
1. KEGG数据库中包括各种数据对象，这些内容均配有标识符（KEGG ID）唯一标识，标识符由一个与数据库相关的前缀加上五个数字构成。（见图5）
1. KEGG数据库中包括各种数据对象，这些内容均配有标识符（KEGG ID）唯一标识，标识符由一个与数据库相关的前缀加上五个数字构成。（见图5）
图5
特别说明：1个子数据库可能有1个或者多个前缀，如KEGG Pathway中，就有map、ko、ec、rn以及 5种前缀，分别代表不同的子类（请看后面的“KEGG Pathway 的5小类”）
2. KEGG Pathway数据库将生物代谢通路划分为7大类（A级分类）（见图6），分别为：新陈代谢（Metabolism）、遗传信息处理（Genetic Information Processing）、环境信息处理（Environmental Information Processing）、细胞过程（Cellular Processes）、生物体系统（Organismal Systems）、人类疾病（Human Diseases），药物开发（Drug Development）[网页版KEGG]。其中每大类又被系统分类为B、C、D 3个级别。其中B级分类目前包括有50种子功能：C级分类即为代谢通路图：D级分类为每个代谢通路图的具体注释信息。
2. KEGG Pathway数据库将生物代谢通路划分为7大类（A级分类）（见图6），分别为：新陈代谢（Metabolism）、遗传信息处理（Genetic Information Processing）、环境信息处理（Environmental Information Processing）、细胞过程（Cellular Processes）、生物体系统（Organismal Systems）、人类疾病（Human Diseases），药物开发（Drug Development）[网页版KEGG]。其中每大类又被系统分类为B、C、D 3个级别。其中B级分类目前包括有50种子功能：C级分类即为代谢通路图：D级分类为每个代谢通路图的具体注释信息。
图6
第二部分：实际操作
登陆KEGG的官网（https://www.genome.jp/kegg/），进入KEGG首页。点击“kegg pathway”，将会进入kegg的通路列表，如图7。从这个列表，我们可以知道，kegg的通路分类也是分层级的。层级一共可以分为三级。以下图7为例，在Metabolism为A级，其下面包括了“Global and overview maps”、“Carbohydrate metabolism”、“Energy metabolism”等十几个B级通路。而B级通路下又会包含若干C级通路。比如图7中的“Global and overview maps”下面又包含了若干个下一级（C级）通路如“Glycolysis / Gluconeogenesis”。我们通常看生信分析KEGG的结果，看到的通路名称其实就是C级的结果。点击“Glycolysis / Gluconeogenesis”即进入“Glycolysis / Gluconeogenesis”代谢通路图。
登陆KEGG的官网（https://www.genome.jp/kegg/），进入KEGG首页。点击“kegg pathway”，将会进入kegg的通路列表，如图7。从这个列表，我们可以知道，kegg的通路分类也是分层级的。层级一共可以分为三级。以下图7为例，在Metabolism为A级，其下面包括了“Global and overview maps”、“Carbohydrate metabolism”、“Energy metabolism”等十几个B级通路。而B级通路下又会包含若干C级通路。比如图7中的“Global and overview maps”下面又包含了若干个下一级（C级）通路如“Glycolysis / Gluconeogenesis”。我们通常看生信分析KEGG的结果，看到的通路名称其实就是C级的结果。点击“Glycolysis / Gluconeogenesis”即进入“Glycolysis / Gluconeogenesis”代谢通路图。
图7
知识点：KEGG Pathway的5个小类：（具体操作如图8）
✔ map - manually drawn reference pathways linked to KO, EC, and reaction entries
▶ 唯一手工绘制的通路图
▶ 通路图的框无填充色;代谢相关的通路图中，方框链接对应的基因、该基因编码的酶以及这个酶参加的反应;非代谢相关通路中，方框链接对应的基因
✔ ko - reference pathway highlighting KOs (blue boxes)
▶ ko编号，KEGG中的基因标识符，不同物种间相同的基因ko号一样
▶ 通路图的框填充浅紫色;通路图中的框只链接对应的基因
✔ ec - reference metabolic pathway highlighting EC numbers (blue boxes)
▶ EC编号，例如3.1.3.10，是国际酶学委员会对葡萄糖-1-磷酸酶(glucose-1-phosphatase)设定的识别编号
▶ 通路图的框填充蓝色;通路中的框只链接相关的酶
✔ map - manually drawn reference pathways linked to KO, EC, and reaction entries
▶ 唯一手工绘制的通路图
▶ 通路图的框无填充色;代谢相关的通路图中，方框链接对应的基因、该基因编码的酶以及这个酶参加的反应;非代谢相关通路中，方框链接对应的基因
✔ ko - reference pathway highlighting KOs (blue boxes)
▶ ko编号，KEGG中的基因标识符，不同物种间相同的基因ko号一样
▶ 通路图的框填充浅紫色;通路图中的框只链接对应的基因
✔ ec - reference metabolic pathway highlighting EC numbers (blue boxes)
▶ EC编号，例如3.1.3.10，是国际酶学委员会对葡萄糖-1-磷酸酶(glucose-1-phosphatase)设定的识别编号
▶ 通路图的框填充蓝色;通路中的框只链接相关的酶
✔ rn - reference metabolic pathway highlighting reactions (blue boxes)
▶ 通路图的框填充蓝色;通路中的框只链接该点参与的某个反应、反应物及反应类型
org - organism-specific pathway maps for "org" linked to gene entries (green boxes)
▶ 物种特异的通路图，前缀是物种名称的缩写，如人类是hsa，小鼠是mmu
▶ 通路图的框填充绿色(没有填充色的表示该物种中没有该基因)，通路中的框链接该物种对应该基因的信息
org - organism-specific pathway maps for "org" linked to gene entries (green boxes)
▶ 物种特异的通路图，前缀是物种名称的缩写，如人类是hsa，小鼠是mmu
▶ 通路图的框填充绿色(没有填充色的表示该物种中没有该基因)，通路中的框链接该物种对应该基因的信息
图8
可与其他大型数据库链接，可同时检索相关的基因组信息数据，如NCBI、ENSEMBL等。
第三部分：怎么看懂KEGG信号通路图
1. 首先KEGG信号通路图是由很多元素组成的，本质是一副线框图，即由点和线构成的基因-代谢物关系图，要读懂这张图，我们需要先了解这些元素代表什么。我们以“FoxO signaling pathway”这个通路图为案例，介绍KEGG通路图中各个元素的含义。
图9
知识点：kegg中各元素的含义（不记得各元素代表什么没关系，点击通路图上方的“Help”里面有详细说明）
图10
点代表通路图中的节点，主要由基因、代谢物和上下游隔壁通路构成。如上图，对应三种不同的形状的符号（长方形、圆点和钝角长方形）。
线代表通路中分子的互作关系，主要由几类箭头构成，具体意义也请见上图。
三类关系：就是点和线构成的分子间的关系类型。关系类型可以分为蛋白-蛋白互作关系，基因表达关系和酶-酶关系。
钝角方框暗示这个通路其实有着非常复杂的过程，是与该通路相关的另外一个通路，具体过程请点击查阅另外一个通路。
kegg通路图之间并非孤立的，而是常常会标注该通路中的基因或代谢物来自或流向其他隔壁的通路。或者，该通路中的某个看起来非常简单的步骤，其实有非常复杂的构成，需要在另外一个通路中才能详细展开。那么，这个相关的通路也会在图中标注出来。
线代表通路中分子的互作关系，主要由几类箭头构成，具体意义也请见上图。
三类关系：就是点和线构成的分子间的关系类型。关系类型可以分为蛋白-蛋白互作关系，基因表达关系和酶-酶关系。
钝角方框暗示这个通路其实有着非常复杂的过程，是与该通路相关的另外一个通路，具体过程请点击查阅另外一个通路。
kegg通路图之间并非孤立的，而是常常会标注该通路中的基因或代谢物来自或流向其他隔壁的通路。或者，该通路中的某个看起来非常简单的步骤，其实有非常复杂的构成，需要在另外一个通路中才能详细展开。那么，这个相关的通路也会在图中标注出来。
图11
点击“FoxO signaling pathway”中的FOXO这个基因，就会跳转到FOXO基因的介绍页面。在基因介绍的部分，涉及的信息主要包括：（1）基因信息（Entry, Name, Definition）（2）Pathway，该基因参与了哪些通路（3）Disease，该基因涉及哪些疾病（4）Brite，该基因涉及的通路的分级关系，即展示A级通路-B级通路-C级通路-基因的分层级关系信息）（5）genes，该基因的各个物种中的同源基因。前三个字母是这个物种拉丁名的简写，例如，HSA代表人。（6）该基因的参考文献的信息。kegg提供的参考文献都是比较经典的关于这个基因的文献，值得翻一翻。
特别说明：
kegg中的基因是以功能分类的，所以每个通路节点的基因代表的是一类功能基因（或者说是一个基因家族）。比如FOXO在人体内就有FOXO6、FOXO1、FOXO3、FOXO4四个同源基因。所以，下次你看到kegg通路某个位置既有基因上调也有基因下调，不要感到意外，因为这个位置不止有1个基因。
该基因在其他物种中的同源基因kegg也会提供列表。不过也主要集中在一些模式生物，其他非模式生物不会提供这些信息或者提供的不全。所以，非模式生物往往需要我们自己进行kegg注释。
2. 其次生物体内信号通路交叉调控，形成了复杂的网络，因此KEGG中的通路图，大多也是几个通路胶合在一起的，再看通路图时，我们需要化繁为简。
特别说明：
kegg中的基因是以功能分类的，所以每个通路节点的基因代表的是一类功能基因（或者说是一个基因家族）。比如FOXO在人体内就有FOXO6、FOXO1、FOXO3、FOXO4四个同源基因。所以，下次你看到kegg通路某个位置既有基因上调也有基因下调，不要感到意外，因为这个位置不止有1个基因。
该基因在其他物种中的同源基因kegg也会提供列表。不过也主要集中在一些模式生物，其他非模式生物不会提供这些信息或者提供的不全。所以，非模式生物往往需要我们自己进行kegg注释。
2. 其次生物体内信号通路交叉调控，形成了复杂的网络，因此KEGG中的通路图，大多也是几个通路胶合在一起的，再看通路图时，我们需要化繁为简。
图12
在通路图中，可以目标分子出发，任一经过该点的线，都可认为是一条信号通路骨架，如上图红色箭头所示从左到右，表示上下游关系
可以看到，FOXO上游还先后受Insulin和Pl3k-Akt两个信号通路调控，下游可调控细胞周期、凋亡、自噬等多种过程
Insulin信号通路，可点击上方的 “Insulin signaling pathway“进入该通路的图谱。细胞外的胰岛素（INS）跟细胞膜上的胰岛素受体（INSR）结合，激活底物（IRS）
Pl3k-Akt信号通路。上游被激活的IRS促进Pl3k活性，Pl3k催化PIP2生成PIP3，从而激活磷脂酰肌醇依赖性激酶（PDK1/2），PDK1/2可以促进Akt磷酸化
FOXO信号通路：细胞质内的FOXO会进入细胞核，调控DNA转录，影响P21、P27的表达，从而影响细胞周期；而其上游磷酸化的Akt则可通过促进FOXO磷酸化，从而抑制FOXO入核，抑制其功能
3. 最后，在通路图中，我们只能获得通路的上下游关系以及调控方式信息，更多细节比如，Akt如何通过磷酸化FOXO抑制其入核，具体磷酸化哪个位点，则需进一步检索相关文献了解。
KEGG PATHWAY数据库是进行基因功能分析和代谢网络研究的强有力工具，不管你是做转录组、蛋白组还是微生物组，相信通过今天的分享大家已经能看懂KEGG通路图了。在后续的文章中，我们将逐渐解析学习一些经典的信号通路。你对些通路比较感兴趣呢？欢迎留言，我们将陆续安排解读。
可以看到，FOXO上游还先后受Insulin和Pl3k-Akt两个信号通路调控，下游可调控细胞周期、凋亡、自噬等多种过程
Insulin信号通路，可点击上方的 “Insulin signaling pathway“进入该通路的图谱。细胞外的胰岛素（INS）跟细胞膜上的胰岛素受体（INSR）结合，激活底物（IRS）
Pl3k-Akt信号通路。上游被激活的IRS促进Pl3k活性，Pl3k催化PIP2生成PIP3，从而激活磷脂酰肌醇依赖性激酶（PDK1/2），PDK1/2可以促进Akt磷酸化
FOXO信号通路：细胞质内的FOXO会进入细胞核，调控DNA转录，影响P21、P27的表达，从而影响细胞周期；而其上游磷酸化的Akt则可通过促进FOXO磷酸化，从而抑制FOXO入核，抑制其功能
3. 最后，在通路图中，我们只能获得通路的上下游关系以及调控方式信息，更多细节比如，Akt如何通过磷酸化FOXO抑制其入核，具体磷酸化哪个位点，则需进一步检索相关文献了解。
KEGG PATHWAY数据库是进行基因功能分析和代谢网络研究的强有力工具，不管你是做转录组、蛋白组还是微生物组，相信通过今天的分享大家已经能看懂KEGG通路图了。在后续的文章中，我们将逐渐解析学习一些经典的信号通路。你对些通路比较感兴趣呢？欢迎留言，我们将陆续安排解读。
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