干貨貼|高分辨質譜Orbitrap直擊靶標代謝組學新熱點

在生命科學奇妙世界里，基因、核酸、蛋白和小分子代謝產物構成了細胞生命活動的基本要素，以這些物質為基礎的諸多組學技術的發展，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信息，又可反過來調節基因組、轉錄組和蛋白質組的水平來影響細胞的生理功能。代謝組學及脂質組學從提出至今，已迅速發展成為系統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揮著重要作用。

作為生物體內重要的功能物質之一，脂質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。“十三五”規劃、重大項目指南等均將脂質列為重點研究內容，近期多篇文章均發現脂類代謝發生了重要改變?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、酰基肉堿、神經遞質、脂類等。作為生物標志物和疾病機制研究中重要內容和目標，如何在對代謝物實現流程標準化和定量化的基礎上，大限度地提高代謝物的檢測種類和數量，以更加全面真實地反映機體在內外因素擾動下代謝狀態的變化，是目前代謝組學分析技術面臨的大挑戰之一。

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™ 質譜儀；右圖為TSQ Altis™三重四極桿質譜儀

檢測指標：

低至10μL基質樣品，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；

產品優勢：

基于標準品和穩定同位素內標建立，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 系列超高分辨質譜檢測，檢測指標更多更全，特異性更強；

嚴格質控：

附帶Start kit及系統適用性測試kit，并采用QC樣本質控；

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極性大、某些代謝物含量低、基質復雜等問題，采用衍生化試劑進行衍生，穩定同位素標記化合物作為內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。

結果發現，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。同類代謝物在質譜上往往具有類似的特性，研究者利用這一特點開發出一種有效的分析方法，利用穩定同位素標記的內標來定量一類脂質，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，包含酰基肉堿類、甘油磷脂類、鞘脂類、神經酰胺、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學和健康產業的服務領域，需要花大力氣解決技術平臺的行業標準化問題。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5個國家和地區的14個實驗室參與，共分為2個階段：

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據采集；

第二階段

12批次樣品的雙盲實驗，該實驗旨在提供數據說明，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，串聯四極桿質譜是常用的技術之一。隨著高分辨質譜技術的發展，采用高分辨質譜同時定性定量的方式顯示出來*的優勢。以Orbitrap為代表的超高分辨質譜在靈敏度、線性范圍、精密度等方面已能媲美串聯四極桿質譜。

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

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