同位素标记辅助评价用于代谢组学分析的亲水和疏水液相色谱-质谱

代谢组学是系统研究小分子代谢产物的一门新兴学科，近年来受到越来越多的关注，并得到迅速的发展。代谢组学是系统生物学的重要组成部分，结合基因组学、转录组学和蛋白质组学的信息能够更完整地理解生物学机制。代谢物的重要性在于它是基因表达的最终产物，能够直接反映细胞所处的环境、营养状态、药物和环境污染物的作用以及其它外界因素的影响。代谢组学目前主要的技术手段之一是运用液相色谱进行代谢产物的分离，并结合质谱进行检测。这项技术能够提供高灵敏度、广谱的代谢产物检测和定量分析以及代谢产物结构的阐述。但是由于代谢产物的多样性和复杂性，完整地检测所有代谢产物并提供正确的代谢产物识别途径始终是代谢组学研究最大的挑战。

液相色谱联合质谱技术的代谢组学研究可分为靶向和非靶向两种方法。高通量非靶向代谢组学通常应用于广谱代谢产物的检测，是发现新生物标记物及新代谢途径的重要方法。高通量非靶向代谢组学利用互补的液相色谱技术来提高代谢产物的检测范围，但是目前这些互补的分析技术在代谢领域中的整合性并没有得到完全的评估测试。对此，美国圣犹大儿童研究医院的研究团队系统研究了该分析技术在代谢组学中的执行能力。他们运用八种不同的液相色谱及质谱参数的设置进行研究对比，这些参数包括不同的液相色谱固定相（亲水性液相色谱及疏水性反相液相色谱）、不同的流动相（酸性pH及碱性pH）和不同的质谱电离模式（正电模式及负电模式）。作者发现，针对代谢组学，为了达到最优的代谢物检测量，2.1 mm × 150 mm亲水性液相色谱分析柱联合质谱应注入达到2 mg组织或细胞提取的代谢物量，并使用100 µl/min流速及90分钟梯度。而对纳米流速反相液相色谱（75 μm × 100 mm）联合质谱，除相同的注入量外，最优条件为0.25 µl/min的流速及60分钟梯度。由于色谱峰征（peak feature）识别会受到污染物及非代谢产物的混淆，他们利用稳定同位素标记法来标记酵母代谢产物，从而减小其负面影响，更准确地鉴定代谢产物的化学式。因此，他们利用稳定同位素标记法来比较不同液相色谱及质谱的参数设置对代谢产物检测的影响。

结果显示，利用八种不同的液相色谱及质谱参数的设置可以检测到共计1050个代谢物化学式，其中理想结合4种，3种及2种液相色谱及质谱的参数设置可分别检测到78%、73%及62%的代谢物化学式。用于该实验的酵母样本在两种不同的氮含量环境中进行培养，所以该实验可用于定量分析有显著变化的代谢物化学式及其结构。代谢物化学式结构可利用合成代谢物内参进行验证。通过对两种不同氮含量环境下培养酵母样本的代谢组学进行研究，作者发现氮饥饿状态下氨基酸的含量显著下降，同时尿苷相关代谢产物的含量呈上升趋势。综上所述，该研究对亲水性液相色谱及疏水性反相液相色谱联合质谱技术在代谢组学中的应用进行了全面而系统的评估，并且提供了代谢组学研究中参数选择的关键信息来平衡实验通量和实验效率。



该论文作者为：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

来源：x-mol 网