在生命科學(xué)奇妙世界里，基因、核酸、蛋白和小分子代謝產(chǎn)物構(gòu)成了細(xì)胞生命活動的基本要素，以這些物質(zhì)為基礎(chǔ)的諸多組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，推動著生命科學(xué)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(xué)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(xué)研究中研究的范式?¹?
代謝組學(xué)和脂質(zhì)組學(xué)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(xì)胞的生理功能。代謝組學(xué)及脂質(zhì)組學(xué)從提出至今，已迅速發(fā)展成為系統(tǒng)生物學(xué)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(guān)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(xué)功能，與細(xì)胞凋亡、信號傳導(dǎo)、疾病感染、免疫功能, 以及胎兒代謝缺陷等都密切相關(guān)。“十三五”規(guī)劃、重大項(xiàng)目指南等均將脂質(zhì)列為重點(diǎn)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(guān)注。
已知的潛在生物標(biāo)志物多來源于氨基酸、酰基肉堿、神經(jīng)遞質(zhì)、脂類等。作為生物標(biāo)志物和疾病機(jī)制研究中重要內(nèi)容和目標(biāo)，如何在對代謝物實(shí)現(xiàn)流程標(biāo)準(zhǔn)化和定量化的基礎(chǔ)上，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(shí)地反映機(jī)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(xué)分析技術(shù)面臨的大挑戰(zhàn)之一。
賽默飛和合作伙伴公司合作推出的AbsoluteIDQ p400 HR Kit，在標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)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(biāo)：
低至10μL基質(zhì)樣品，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(biāo)準(zhǔn)品和穩(wěn)定同位素內(nèi)標(biāo)建立，定量結(jié)果準(zhǔn)確可靠；樣品處理流程標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)更多更全，特異性更強(qiáng)；
嚴(yán)格質(zhì)控：
附帶Start kit及系統(tǒng)適用性測試kit，并采用QC樣本質(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(fù)雜等問題，采用衍生化試劑進(jìn)行衍生，穩(wěn)定同位素標(biāo)記化合物作為內(nèi)標(biāo)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(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種方法不但增強(qiáng)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(jié)構(gòu)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(diǎn)開發(fā)出一種有效的分析方法，利用穩(wěn)定同位素標(biāo)記的內(nèi)標(biāo)來定量一類脂質(zhì)，方法簡單可靠。
采用這種方法，可準(zhǔn)確定性定量NIST 1950標(biāo)準(zhǔn)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，多可檢測到365種脂類成分，大部分脂類QC準(zhǔn)確度在90~110%之間，符合生物樣品定量分析的需求。
圖5：?；鈮A類QC 準(zhǔn)確度
表1 NIST 1950標(biāo)準(zhǔn)血漿中可檢測到的脂類信息
多中心驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)
前文我們提到，代謝組學(xué)要想全面進(jìn)入臨床醫(yī)學(xué)和健康產(chǎn)業(yè)的服務(wù)領(lǐng)域，需要花大力氣解決技術(shù)平臺的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(lǐng)域的研究者保駕護(hù)航。
我們在Q Exactive 系列平臺上開展了一項(xiàng)多中心的Ring-trial。該實(shí)驗(yàn)由5個國家和地區(qū)的14個實(shí)驗(yàn)室參與，共分為2個階段：
階段
由各實(shí)驗(yàn)室人員采用AbsoluteIDQ p400 HR Kit試劑盒獨(dú)立進(jìn)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(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)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(jié)果的可重現(xiàn)性
多中心實(shí)驗(yàn)室開展的研究結(jié)果表明, 各實(shí)驗(yàn)室間的結(jié)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(biāo)代謝組學(xué)的研究中，串聯(lián)四極桿質(zhì)譜是常用的技術(shù)之一。隨著高分辨質(zhì)譜技術(shù)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*的優(yōu)勢。以O(shè)rbitrap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(shù)正日益成為包括靶向代謝組學(xué)在內(nèi)的生物樣品分析的研究熱點(diǎn)。
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