代謝組學(xué)是系統(tǒng)研究小分子代謝產(chǎn)物的一門(mén)新興學(xué)科，近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注，并得到迅速的發(fā)展。代謝組學(xué)是系統(tǒng)生物學(xué)的重要組成部分，結(jié)合基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的信息能夠更完整地理解生物學(xué)機(jī)制。代謝物的重要性在于它是基因表達(dá)的最終產(chǎn)物，能夠直接反映細(xì)胞所處的環(huán)境、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、藥物和環(huán)境污染物的作用以及其它外界因素的影響。代謝組學(xué)目前主要的技術(shù)手段之一是運(yùn)用液相色譜進(jìn)行代謝產(chǎn)物的分離，并結(jié)合質(zhì)譜進(jìn)行檢測(cè)。這項(xiàng)技術(shù)能夠提供高靈敏度、廣譜的代謝產(chǎn)物檢測(cè)和定量分析以及代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的闡述。但是由于代謝產(chǎn)物的多樣性和復(fù)雜性，完整地檢測(cè)所有代謝產(chǎn)物并提供正確的代謝產(chǎn)物識(shí)別途徑始終是代謝組學(xué)研究最大的挑戰(zhàn)。

液相色譜聯(lián)合質(zhì)譜技術(shù)的代謝組學(xué)研究可分為靶向和非靶向兩種方法。高通量非靶向代謝組學(xué)通常應(yīng)用于廣譜代謝產(chǎn)物的檢測(cè)，是發(fā)現(xiàn)新生物標(biāo)記物及新代謝途徑的重要方法。高通量非靶向代謝組學(xué)利用互補(bǔ)的液相色譜技術(shù)來(lái)提高代謝產(chǎn)物的檢測(cè)范圍，但是目前這些互補(bǔ)的分析技術(shù)在代謝領(lǐng)域中的整合性并沒(méi)有得到完全的評(píng)估測(cè)試。對(duì)此，美國(guó)圣猶大兒童研究醫(yī)院的研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了該分析技術(shù)在代謝組學(xué)中的執(zhí)行能力。他們運(yùn)用八種不同的液相色譜及質(zhì)譜參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行研究對(duì)比，這些參數(shù)包括不同的液相色譜固定相（親水性液相色譜及疏水性反相液相色譜）、不同的流動(dòng)相（酸性pH及堿性pH）和不同的質(zhì)譜電離模式（正電模式及負(fù)電模式）。作者發(fā)現(xiàn)，針對(duì)代謝組學(xué)，為了達(dá)到最優(yōu)的代謝物檢測(cè)量，2.1 mm × 150 mm親水性液相色譜分析柱聯(lián)合質(zhì)譜應(yīng)注入達(dá)到2 mg組織或細(xì)胞提取的代謝物量，并使用100 μl/min流速及90分鐘梯度。而對(duì)納米流速反相液相色譜（75 μm × 100 mm）聯(lián)合質(zhì)譜，除相同的注入量外，最優(yōu)條件為0.25 μl/min的流速及60分鐘梯度。由于色譜峰征（peak feature）識(shí)別會(huì)受到污染物及非代謝產(chǎn)物的混淆，他們利用穩(wěn)定同位素標(biāo)記法來(lái)標(biāo)記酵母代謝產(chǎn)物，從而減小其負(fù)面影響，更準(zhǔn)確地鑒定代謝產(chǎn)物的化學(xué)式。因此，他們利用穩(wěn)定同位素標(biāo)記法來(lái)比較不同液相色譜及質(zhì)譜的參數(shù)設(shè)置對(duì)代謝產(chǎn)物檢測(cè)的影響。

結(jié)果顯示，利用八種不同的液相色譜及質(zhì)譜參數(shù)的設(shè)置可以檢測(cè)到共計(jì)1050個(gè)代謝物化學(xué)式，其中理想結(jié)合4種，3種及2種液相色譜及質(zhì)譜的參數(shù)設(shè)置可分別檢測(cè)到78%、73%及62%的代謝物化學(xué)式。用于該實(shí)驗(yàn)的酵母樣本在兩種不同的氮含量環(huán)境中進(jìn)行培養(yǎng)，所以該實(shí)驗(yàn)可用于定量分析有顯著變化的代謝物化學(xué)式及其結(jié)構(gòu)。代謝物化學(xué)式結(jié)構(gòu)可利用合成代謝物內(nèi)參進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)兩種不同氮含量環(huán)境下培養(yǎng)酵母樣本的代謝組學(xué)進(jìn)行研究，作者發(fā)現(xiàn)氮饑餓狀態(tài)下氨基酸的含量顯著下降，同時(shí)尿苷相關(guān)代謝產(chǎn)物的含量呈上升趨勢(shì)。綜上所述，該研究對(duì)親水性液相色譜及疏水性反相液相色譜聯(lián)合質(zhì)譜技術(shù)在代謝組學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了全面而系統(tǒng)的評(píng)估，并且提供了代謝組學(xué)研究中參數(shù)選擇的關(guān)鍵信息來(lái)平衡實(shí)驗(yàn)通量和實(shí)驗(yàn)效率。



該論文作者為：Boer Xie, Yuanyuan Wang, Drew R. Jones, Kaushik Kumar Dey, Xusheng Wang, Yuxin Li, Ji-Hoon Cho, Timothy I. Shaw, Haiyan Tan and Junmin Peng

來(lái)源：x-mol 網(wǎng)