医学研究中的代谢组学技术

代谢组学发展迅速。在医学科学研究中，希望通过分析确定与疾病密切相关的异常代谢途径和特征性生物标志物，为进一步阐明疾病的发病机制提供基础。

代谢组学研究方法

代谢物组学通过已有的代谢物组学研究方法收集样本，然后利用技术获取代谢物，确定组间代谢物是否有统计学差异，并进行进一步分析。代谢组学的研究方法有两种:非靶向代谢组学和靶向代谢组学。

• 诸多代谢组学在不对特定代谢物做预设的情况下分析完整的代谢物概况，相对来说重复性和针对性较低。它们通常被称为假设生成或发现阶段实验，其特点是生成大量复杂和多有效的数据，因此需要高性能的生物分析工具。非靶向代谢组学是一种相对开放的分析，通常用于发现以前未知的生理模式，并为发现新的代谢物和代谢途径提供方向。
• 有针对性的代谢组学研究验证了之前的科学假设或可能的生物标志物，并进行了更高精度、可重复性和选择性的更有针对性的研究，也称为假设驱动实验。靶向代谢组学是一种相对封闭的分析方法，适用于识别新的生物标志物，研究代谢物的功能和途径，并进一步揭示代谢物与疾病之间的联系。

靶向代谢组学的应用有两个局限性:1)可能存在未被检测到的代谢物，从而降低了被发现的机会;2)在使用该方法之前，需要从非目标研究中收集大量的数据。

图1所示。LC-MS代谢组学的靶向和非靶向工作流程(Jacobet al。, 2019)

代谢组学技术

• 核磁共振(NMR)技术

核磁共振技术是一种利用不同核对辐射的吸收产生不同共振频率，并将这些共振频率转化为分子化学和结构信息的光谱技术。磁场作用于不同的靶核产生不同的代谢组学数据。氢是最常见的靶核(¹H-NMR)，而其他原子，如碳(¹³C-NMR)和磷(³¹P-NMR)也可用于通过NMR技术获得特定代谢物类型的信息。目前,¹核磁共振光谱,²H-NMR光谱和高分辨率魔角旋转(HRMAS-NMR)光谱是常见的。HRMAS-NMR光谱可用于完整组织的代谢谱分析，无需任何样品预处理，已被用于研究小的完整组织样本的代谢组学分析，包括大脑，肾脏，肝脏，等．

核磁共振光谱学不需要色谱处理。样品制备简单，可重复多次。它是一种快速有效的非靶向分析技术，可用于代谢物的定性和定量研究。它被广泛应用于生物结构、生物学和生物化学等许多领域，是代谢组学的主要分析方法之一。然而，低灵敏度一直是核磁共振波谱技术的固有缺陷，也是其在生物医学研究中的一个挑战。

• 质谱(MS)

质谱分析利用电场和磁场分离和检测移动离子的质量电荷比(m/z)。目前的质谱技术包括液相色谱-质谱(LC-MS)、气相色谱-质谱(GC-MS)和毛细管电泳-质谱(CE-MS)。

LC-MS具有高灵敏度和高分辨率的优点，能够检测更多(200 ~ 500)的代谢物。这可能是当今应用最广泛的质谱分析技术。在LC-MS中，几种常压电离方法用于对不同种类的代谢物进行电离:最常用的电喷雾电离法用于对未知代谢物的初步筛选;常压化学电离法和常压光电子电离法适用于非极性代谢物的检测，已广泛应用于脂质组学研究。

图2所示。生物标志物开发管道的例子(Jacobet al。, 2019)

GC-MS分离效率高，灵敏度好。然而，只能检测到挥发性或可衍生的挥发性化合物，一些不能被电离的代谢物不能被检测到。

参考

1. 雅各布，M，洛帕塔，A. L，达苏基，M.和阿卜杜勒·拉赫曼，a.m.(2019)。代谢组学走向个性化医疗。质谱分析，38(3)，221-238。

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