代谢组学技术简介

代谢组基本概念

代谢物：所有分子量小于1500Da的小分子物质，包括糖类、核苷、有机酸、酮类化合物、多肽、氨基酸、有机胺类、醛类化合物、脂质、萜类、类固醇、生物碱、小分子药物等等。

代谢组：一个细胞、组织、器官中所有代谢物的集合。

代谢组学：利用高通量的技术来鉴定和定量一个细胞、组织或器官中所有小分子或代谢物的生命科学研究。

代谢组学分类与应用

	非靶向代谢组学	靶向代谢组学
研究目的	无偏向性的对所有小分子代谢物同时进行检测分析	对指定列表的代谢产物的分子，特别针对一种或几种途径的代谢产物
优点	无偏向性，高通量，样本无序特出处理且一次进样分析	灵敏度高，完全定量，可得到样本中代谢物的浓度
缺点	需要进行复杂的生物信息学分析；只能获得半定量的结果	需要购买标准品，进行分析方法的开发、验证，研究成本高
分析平台	NMR、LC-MS、GC-MS等	HPLC、GC、LC-MS、GC-MS等

 

分析技术	灵敏度mol	优势	缺点
核磁共振NMR	10-6	无创检测，样品需求量大；特异性高、分辨率高，能够对代谢物同时完成定性和定量分析	动态范围有限，灵敏度较低，硬件投资较大
液质联用LC-MS	10-15	灵敏度、分辨率高，可以分析不稳定、不易衍生化、难挥发和分子量较大的代谢物	数据库不健全，可鉴定的化合物有限
气质联用GC-MS	10-12	分辨率、选择性好，数据库较多	样品处理过程较为繁琐，难挥发性物种或半挥发性物种需要衍生化后才能进行分析

代谢组学应用：

• 遗传疾病分析
• 营养成分分析
• 临床样品分析
• 耐药性分析
• 移植监测
• 毒理学测试
• 发酵过程检测
• 药物分型
• 水质分析
• 石油化学品分析

代谢组学研究意义与优势

• 代谢组的时间响应在所有组学中最快。
• 代谢组的结果易于理解，容易与表型和功能结合。

代谢组学分析流程

• 样本收集
• 数据采集（NMR/LC-MS/GC-MS获取谱图数据）
• 谱图——峰表（谱图处理得到特征矩阵）
• 代谢物定性（谱图数据库与数据集峰位置、相关模式、相对强度等特征相匹配）
• 差异离子筛选（单变量分析、非监督/监督多变量分析、多元分析、分类模型、候选标志物）
• 功能分析（Pathway分析、富集分析、相关性网络分析（高斯模型和拓扑结构））

代谢组学常见名词

• m/z
• TIC：总离子流色谱图（Total ion chromatogram），总离子流随时间变化的图谱。在TIC中，纵坐标表示收集存储离子的电流总强度，横坐标表示离子的生成时间或连续扫描的扫描次数。

PS：TIC是在GC-MS或LC-MS等方法中使用的一种色谱图。质量分析器在可能出现的质荷比范围内以固定时间间隔重复地扫描，检测系统就可连续不断的得到变化着的质谱信号。计算机一边收集存储，一边将每次扫描的离子流求和，获得总离子流。

• EIC：提取离子色谱图（Extracted Ion Chromatogram），就是从TIC中提取的某个离子的色谱图。

• 一级质谱/二级质谱图