代謝組學是系統研究小分子代謝產物的一門新興學科，近年來受到越來越多的關注，并得到迅速的發展。代謝組學是系統生物學的重要組成部分，結合基因組學、轉錄組學和蛋白質組學的信息能夠更完整地理解生物學機制。代謝物的重要性在于它是基因表達的最終產物，能夠直接反映細胞所處的環境、營養狀態、藥物和環境污染物的作用以及其它外界因素的影響。代謝組學目前主要的技術手段之一是運用液相色譜進行代謝產物的分離，并結合質譜進行檢測。這項技術能夠提供高靈敏度、廣譜的代謝產物檢測和定量分析以及代謝產物結構的闡述。但是由于代謝產物的多樣性和復雜性，完整地檢測所有代謝產物并提供正確的代謝產物識別途徑始終是代謝組學研究最大的挑戰。

液相色譜聯合質譜技術的代謝組學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通常應用于廣譜代謝產物的檢測，是發現新生物標記物及新代謝途徑的重要方法。高通量非靶向代謝組學利用互補的液相色譜技術來提高代謝產物的檢測范圍，但是目前這些互補的分析技術在代謝領域中的整合性并沒有得到完全的評估測試。對此，美國圣猶大兒童研究醫院的研究團隊系統研究了該分析技術在代謝組學中的執行能力。他們運用八種不同的液相色譜及質譜參數的設置進行研究對比，這些參數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）、不同的流動相（酸性pH及堿性pH）和不同的質譜電離模式（正電模式及負電模式）。作者發現，針對代謝組學，為了達到最優的代謝物檢測量，2.1 mm × 150 mm親水性液相色譜分析柱聯合質譜應注入達到2 mg組織或細胞提取的代謝物量，并使用100 μl/min流速及90分鐘梯度。而對納米流速反相液相色譜（75 μm × 100 mm）聯合質譜，除相同的注入量外，最優條件為0.25 μl/min的流速及60分鐘梯度。由于色譜峰征（peak feature）識別會受到污染物及非代謝產物的混淆，他們利用穩定同位素標記法來標記酵母代謝產物，從而減小其負面影響，更準確地鑒定代謝產物的化學式。因此，他們利用穩定同位素標記法來比較不同液相色譜及質譜的參數設置對代謝產物檢測的影響。

結果顯示，利用八種不同的液相色譜及質譜參數的設置可以檢測到共計1050個代謝物化學式，其中理想結合4種，3種及2種液相色譜及質譜的參數設置可分別檢測到78%、73%及62%的代謝物化學式。用于該實驗的酵母樣本在兩種不同的氮含量環境中進行培養，所以該實驗可用于定量分析有顯著變化的代謝物化學式及其結構。代謝物化學式結構可利用合成代謝物內參進行驗證。通過對兩種不同氮含量環境下培養酵母樣本的代謝組學進行研究，作者發現氮饑餓狀態下氨基酸的含量顯著下降，同時尿苷相關代謝產物的含量呈上升趨勢。綜上所述，該研究對親水性液相色譜及疏水性反相液相色譜聯合質譜技術在代謝組學中的應用進行了全面而系統的評估，并且提供了代謝組學研究中參數選擇的關鍵信息來平衡實驗通量和實驗效率。



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

來源：x-mol 網