代谢组学概述

2021年2月1日发(作者：gotta)

代谢组学概述

代谢 组学

(metabonomics/metabolomics)

是效仿基因组学和蛋白质

组学的研究思想，

对生物体内所有代 谢物进行定量分析，

并寻找代谢

物与生理病理变化的相对关系的 研究方式，

是系统生物学的组成部分。

其研究对象大都是相对分 子质量

1000

以内的小分子物质。先进分析

< br>检测技术结合模式识别和专家系统等计算分析方法是代谢组学研究

的基本方法。< /p>

一：代谢组学分析流程

一般来说，代谢组的分析流程有：首先将代谢组分进行预处理，

预处理的方法由测量分析方法决定，

如使用质谱方法分析，

则需要预

先对代谢组分进行分离和离子化。

接着，

再对预处理后的组分进行定

性和定量分析。

预处理中，

常用分离方法包括：

< br>气相色谱

（

Gas chromatography

，

G C

）

，

高效液相色谱

< br>（

High performance liquid chromatography

，

H PLC

）

。

气相色谱具有较高的分辨率 ，

但需要对代谢组分进行气化，

并且对组

分分子质量有一定的限制。

高效液相色谱也在代谢组分析中被广泛地

< br>使用，

因其在液相中对代谢组分进行分离，

因此不用对组 分进行气化，

相较气相色谱具有测量范围更广，更灵敏的优点。此外，毛细管电泳

法（

Capillary electrophoresis

）

也可以对代谢组分进行分离，其应用较

少，但 在理论上其分离效率比高效液相色谱法高。

在预处理时，常常会加入内参（

internal stand ards

）

，以方便后续

对样品的质量 进行监控和对比，

由于不同的实验批次、

样品顺序对后

续测量也有一定对影响，

因此，

还会加入空对照 和混合样品对照来进

行质量监控。

对 不同的代谢组分进行定性和定量分析的方法包括质谱分析法

（

M ass spectrometry

，

MS)

和核磁共振谱

（

Nuclea r Magnetic Resonance

Imaging

，

< br>NMR

）等。其中，质谱分析法具有灵敏度高，特异性强等

优点，被广泛地应用于检测代谢组分，可以对经过分离、离子化处理

后的代谢组分进行 定性和定量。

离子化的方法包括：

大气压化学电离

（

Atmospheric-pressure

chemical

ionization

，

APCI

）

，

电子电离

（

Electron ionization

，

EI )

，

以及电喷雾电离

（

Electrospray ionization

，

ESI)

等，需要根据不同的分离方法选用。例如电喷雾电离，常用于被

液相色谱进行分离的组分 。

但由于质谱并不能直接对生物溶液或组织

进行检测，其应用一 直受限。为了提高原有的质谱分析法的灵敏性，

使样品的准备简单化，

< br>减少背景的影响，

一些新的质谱相关技术得以

产生。

这些技术包括：

二次离子质谱

（

< p>
Secondary-ion mass spectrometry

，

SIMS)

和纳米结构引发器质谱（

Nanostructure-Initiator

MS

，

NI MS)

，

属于去吸附／离子化方法，这两种技术都不依赖基质。 其中，

SIMS

使用高能离子束使样品接触表面解吸，

具有高空间分辨率的优势，

与

质谱串联后是用于 器官／组织造影的有力技术。

而

NIMS

可用于小分

子

的

检

< br>测

。

基

质

辅

助

激

光

脱

附

电

离

（

Matrix-assisted

laser

desorption/ionization

，

< p>
MALDI

）是一种较为温和的离子化方法，可

以 得到用常规离子化方法容易解离为碎片的一些完整大分子质谱信

息，如

< br>DNA

、蛋白质、多肽和糖等。解析电喷雾电离（

Des orption

electrospray

ionization

，

DESI)

是一种直接电离技术，可以与质谱串

联后，

直接对大气条件下的样品分析。

其原理是利用快速移动的带电

溶液流来提取接触表面的样品，可用于取证分析、药物、植物、生物

组织、高聚物等的 分析。激光烧蚀电喷雾电离（

Laser

Ablation

Electrospray

Ionization

，

LAESI)

是一种结合了中红外激光烧蚀和二

次电喷雾电离的直接电离技术，

< br>可用于广泛的样品，

包括植物、

组织、

< br>细胞，甚至是未经处理的生物溶液如血液、尿液等。已被用于食品监

管、药物监管 等领域。核磁共振谱不需要预先对代谢组分进行分离，

相较质谱而言，核磁共振谱具有结 果可重复性好，样品准备较简单，

不用预先分离，对样品破坏性低等优点，尽管灵敏性相 较质谱低（存

在争议，部分学者认为这是样品预处理工作流程不正确造成的）

< p>
，但

因其易于使用，因此应用也十分广泛。

除此之外，

其他的检测方法还有：

离子迁移 率光谱

（

Ion-mobility

spectrometry

，

IMS )

是一种基于离子化的分子在在气相载体中的迁移

来分离和分析 这些分子的技术，具有很高的灵敏度，可以单独使用，

也可以和质谱、

< br>气相色谱或液相色谱串联使用。

电化学检测串联高效

液< /p>

相

色

谱

（

electrochemical

detection

techniques

coupled

with

high-performance

liquid

chromatography

，

HPLC-ECD)

可以用于测量< /p>

复杂基质中低含量的组分，具有易用性、灵敏性、选择性，已被用于

临床研究、

食品检测、

药物检测等领域。

拉曼光谱

（

Raman spectroscopy

）

基于振动光谱学，

能够检测化合物结构和其 微小变化，

具有不破坏样