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在生命科學奇妙世界里，基因、核酸、蛋白和小分子代謝產(chǎn)物構成了細胞生命活動的基本要素，以這些物質(zhì)為基礎的諸多組學技術的發(fā)展，推動著生命科學研究不斷向前。

基因-蛋白-代謝-表型之間的互動成為生命科學研究中研究的范式?1?，研究成果可謂精妙紛呈、大放異彩。

圖1：基因-蛋白-代謝-表型之間的互動成為生命科學研究中研究的范式?1?

代謝組學和脂質(zhì)組學研究

其中代謝物處于“中心法則”的終端，既可提供生物表型的外在表現(xiàn)信息，又可反過來調(diào)節(jié)基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組的水平來影響細胞的生理功能。代謝組學及脂質(zhì)組學從提出至今，已迅速發(fā)展成為系統(tǒng)生物學的重要組成部分，在代謝性疾病、阿爾茲海默癥、糖尿病、肥胖、非酒精性脂肪肝及腫瘤等疾病相關研究中發(fā)揮著重要作用。

作為生物體內(nèi)重要的功能物質(zhì)之一，脂質(zhì)具有多種生物學功能，與細胞凋亡、信號傳導、疾病感染、免疫功能, 以及胎兒代謝缺陷等都密切相關?！笆濉币?guī)劃、重大項目指南等均將脂質(zhì)列為重點研究內(nèi)容，近期多篇文章均發(fā)現(xiàn)脂類代謝發(fā)生了重要改變?2?3?，其研究受到越來越多的關注。

已知的潛在生物標志物多來源于氨基酸、?；鈮A、神經(jīng)遞質(zhì)、脂類等。作為生物標志物和疾病機制研究中重要內(nèi)容和目標，如何在對代謝物實現(xiàn)流程標準化和定量化的基礎上，最大限度地提高代謝物的檢測種類和數(shù)量，以更加全面真實地反映機體在內(nèi)外因素擾動下代謝狀態(tài)的變化，是目前代謝組學分析技術面臨的最大挑戰(zhàn)之一。

賽默飛和合作伙伴公司合作推出的AbsoluteIDQ p400 HR Kit，在標準化和定量化上邁出了重要的一步。我們在Q Exactive Plus 和TSQ Altis上均驗證了此方法，可滿足不同檢測需求：

左圖為Q Exactive? Plus 組合型四極桿Orbitrap? 質(zhì)譜儀；右圖為TSQ Altis?三重四極桿質(zhì)譜儀

檢測指標：

低至10μL基質(zhì)樣品，最多可檢測408種代謝物，包括氨基酸、生物胺類、酰基肉堿以及脂類；

產(chǎn)品優(yōu)勢：

基于標準品和穩(wěn)定同位素內(nèi)標建立，定量結果準確可靠；樣品處理流程標準化、通量化；

檢測方法：

Q Exactive 系列超高分辨質(zhì)譜檢測，檢測指標更多更全，特異性更強；

嚴格質(zhì)控：

附帶Start kit及系統(tǒng)適用性測試kit，并采用QC樣本精確質(zhì)控；

圖3：氨基酸、生物胺類、脂類等11類化合物信息

氨基酸和生物胺定量分析

針對氨基酸和生物胺類物質(zhì)極性大、某些代謝物含量低、基質(zhì)復雜等問題，采用衍生化試劑進行衍生，穩(wěn)定同位素標記化合物作為內(nèi)標的方法成為解決這些問題行之有效的研究策略。我們采用異硫氰酸苯酯作為衍生化處理，研究血漿中41種氨基酸和生物胺類代謝物。

結果發(fā)現(xiàn)，這種方法不但增強了代謝物的保留行為，獲得良好的色譜峰形，同時靈敏度也得到了提升，下圖為41種代謝物的提取離子流圖。 

圖4 血漿中41種小分子代謝物提取離子流圖

脂質(zhì)定量分析

脂類代謝物因其結構上的不同，NIH將之分為磷脂、鞘脂、甘油酯、膽固醇等八大類。同類代謝物在質(zhì)譜上往往具有類似的特性，研究者利用這一特點開發(fā)出一種有效的分析方法，利用穩(wěn)定同位素標記的內(nèi)標來定量一類脂質(zhì)，方法簡單可靠。

采用這種方法，可準確定性定量NIST 1950標準血漿中 215種脂類信息，包含?；鈮A類、甘油磷脂類、鞘脂類、神經(jīng)酰胺、甘油酯等。本方法適用于血漿、血清、尿液、組織樣本中的檢測，最多可檢測到365種脂類成分，大部分脂類QC準確度在90~110%之間，符合生物樣品定量分析的需求。

圖5：酰基肉堿類QC 準確度

表1 NIST 1950標準血漿中可檢測到的脂類信息

多中心驗證實驗

前文我們提到，代謝組學要想全面進入臨床醫(yī)學和健康產(chǎn)業(yè)的服務領域，需要花大力氣解決技術平臺的行業(yè)標準化問題。賽默飛公司的研究者作出了大膽的嘗試，努力為各領域的研究者保駕護航。

我們在Q Exactive 系列平臺上開展了一項多中心的Ring-trial。該實驗由全球5個國家和地區(qū)的14個實驗室參與，共分為2個階段：

第一階段

由各實驗室人員采用AbsoluteIDQ p400 HR Kit試劑盒獨立進行樣品前處理和數(shù)據(jù)采集；

第二階段

12批次樣品的雙盲實驗，該實驗旨在提供數(shù)據(jù)說明，同一批次樣品在不同研究中心、操作人員、儀器平臺的測試結果的可重現(xiàn)性

多中心實驗室開展的研究結果表明, 各實驗室間的結果具有較好的重現(xiàn)性，氨基酸和生物胺類代謝物偏差RSD<25%. 

目前靶標代謝組學的研究中，串聯(lián)四極桿質(zhì)譜是最常用的技術之一。隨著高分辨質(zhì)譜技術的發(fā)展，采用高分辨質(zhì)譜同時定性定量的方式顯示出來獨特的優(yōu)勢。以Orbitrap為代表的超高分辨質(zhì)譜在靈敏度、線性范圍、精密度等方面已能媲美串聯(lián)四極桿質(zhì)譜。

因此，基于高分辨質(zhì)譜定量技術正日益成為包括靶向代謝組學在內(nèi)的生物樣品分析的研究熱點。

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