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靶向代谢组学技术、研究策略及SCI文章思路解析 
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Nat Commun精选 | 聚焦,再发力,精准靶向技术占据“绝对定量”&“绝对定性”                 




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靶向代谢组学中的“精准”代表


代谢组学是继基因组学、转录组学和蛋白组学后出现的新兴学科,是系统生物学的重要组成部分。它通过定性鉴别和定量描述生物基质中小分子代谢物的表达与变化来系统反馈生命体对自身机体调控或者外界环境扰动所做出的代谢应答。当前,代谢组学已广泛应用于药理毒理,疾病发病机制和临床诊断,植物生长发育等研究领域并取得良好的进展。

图1 | 1999年-2020年3月论文发表情况


以往的代谢组学研究以非靶向研究方法为主,即采用核磁共振和质谱平台进行不同生物基质中小分子代谢产物(代谢组)的全扫描分析,以最大化的检测样本中的小分子代谢物信息。然而,由于分析仪器固有属性的特殊性,非靶向代谢组学方法目前遇到的问题在于无法高灵敏检测具有特殊属性的代谢物。同时,目前最大的一个瓶颈就是差异代谢物的精准鉴定与定量

面临如此困境,靶向代谢组学方法在突破通量的前提下,将是一个优势选择,尤其解决多生物基质的目标代谢组的精准定性和定量问题,即不需要繁琐的代谢产物的鉴定过程,又可以对每个目标代谢产物精准优化分析参数,达到最佳灵敏检出。


基于此,精准靶向代谢组学基于高效液相色谱质谱联用系统对目标小分子代谢物标准品,优化开发。成为了能够高灵敏分析目标代谢组的“宠儿”——精准靶向代谢组学。同时,该方法应用于不同生物基质的目标代谢组分析,验证普适性,以实现方法宽口径应用于多基质精准代谢组分析和应用研究。


目前,精准靶向代谢组学在发文中也占有良好的优势,本篇发表于《Nature Communications》的“Identification of serum metabolites associating with chronic kidney disease progression and anti-fibrotic effect of 5-methoxytryptophan”文章。报道了血清代谢产物与慢性肾脏疾病进展及抗纤维化作用,作者运用2155名参与者(包括1-5期CKD患者和健康对照者)采用非靶向代谢组学和精准靶向代谢组学相结合。确定了5种与肾脏疾病的临床标志物,作者找到了TPH-1可能是CKD治疗的靶点。其中运用精准靶向代谢组学验证在疾病研究中起了重要作用。




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精准靶向代谢组学“研究思路”


首先利用目标化合物标准品稀释液通过针泵进样模式或自动进样器进样模式对其进行质谱方法优化,获得MRM离子对、离子源参数(去簇电压、碰撞能等),再进行色谱方法优化,主要是选择合适的色谱柱及色谱柱条件、选择合适的流动相溶剂、PH条件及洗脱梯度,以满足最佳的色谱分离条件,最终实现目标化合物的快速、准确地定性定量分析。最终成功建立能同时快速稳定分析目标代谢物的精准靶向代谢组分析方法。重要的是保证精准靶向代谢组学的“精准”,方法学验证是绝对不能少的。确保所优化建立的方法灵敏度高,线性、稳定性和重复性良好是关键。




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精准靶向、非靶向、广靶、拟靶的“异同”


上面我们说精准靶向代谢组学方法具有良好稳定性和区分度,可满足不同生物基质的代谢组研究的需要,用于不同生物学科学问题的解决。那么同样的生物学研究,了解技术异同也是必修课题之一。通过下面这张图来看看吧~



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精准靶向代谢组学“绝对定量”&“绝对定性”


鹿明生物基于鹿明自建平台AB SCIEX-QTRAP-6500+液质联用平台开发的精准靶向——强势上市,目前,可基于黄酮酚类物质Kit包对13大类,130种黄酮酚类物质绝对定量&绝对定性

图2 | QTRAP-6500在一次运行中可对更多的化合物进行定量


鹿明生物在精准靶向技术上主要运用Sciex Qtrap 6500 Plus,基于Qtrap 6500 Plus的技术指标和检测优势,达到精准靶向代谢组学的绝对定性和绝对定量。


使用Sciex Qtrap 6500 Plus技术指标:

1、定量分析灵敏度高(MRM模式):

ESI离子源 1 pg 利血平(Reserpine)柱上进样 ,信噪比S/N≥510000:1

2、定量分析动态范围广:动态线性范围>106

3、定量重复性好:定量重复性<5%


Sciex Qtrap 6500 Plus检测优势:

1、产生更多离子的离子源技术:

新一代IonDrive Turbo V离子源使用增强的气流动力学和优化的加热器配置提高了离子化效率以及系统的可靠性、重现性

2、聚焦和传输更多离子的离子传输技术:

重新优化并获得专利的IonDrive QJet导向器通过多级设计改善了离子容量和碰撞聚焦,可以更有效地捕获和聚焦离子

3、检测更多离子的检测器技术:

全新的IonDrive高能检测器+采用先进的浮动设计,能够以更高灵敏度检测范围更广的化合物。


备注:本仪器适用于液质联用LM精准靶向代谢组学





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联合应用 ——“精准靶向”&“非靶向”


GC-MS和LC-MS是靶向代谢组的2大平台。两大平台各有优势,主要是由目标化合物的理化性质决定,GC-MS平台适合易挥发性、分子量不太大的化合物。LC-MS平台适合中等或强极性的化合物,分子量范围广。目前由于分析技术上的局限性,尚未产生出一种分析技术可以精确描述样本内所有可能的化合物。通过LC-MS或GC-MS技术平台鉴定尽可能多的代谢物,筛选差异代谢物,结合统计分析、功能分析、过往研究和文献寻找目标代谢物。


利用LM精准靶向代谢组学,可对目标代谢物进行精准靶向验证,实现绝对定性和绝对定量。因此非靶向代谢组学和LM精准靶向代谢组学技术的强强结合,是研究代谢组学相对完善的技术组合。



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