基于质谱分析的代谢组学研究进展_任向楠
质谱技术在单细胞代谢组学中的应用
质谱技术在单细胞代谢组学中的应用目录一、内容概述 (2)二、质谱技术概述 (3)1. 质谱技术基本原理 (4)2. 质谱技术分类及应用领域 (5)三、单细胞代谢组学简介 (7)1. 单细胞代谢组学概念 (8)2. 单细胞代谢组学研究意义 (8)四、质谱技术在单细胞代谢组学中的应用 (10)1. 代谢物鉴定与定量分析 (11)（1）代谢物种类识别 (12)（2）代谢物浓度测定 (13)2. 细胞代谢途径研究 (14)（1）代谢途径解析 (15)（2）关键酶及调控机制研究 (16)3. 单细胞代谢异质性研究 (17)（1）单细胞水平代谢差异分析 (19)（2）细胞群体代谢动态变化监测 (20)五、质谱技术在单细胞代谢组学中的技术优势与挑战 (21)1. 技术优势 (22)（1）高分辨率、高灵敏度检测 (23)（2）非靶向、靶向代谢组学分析 (24)（3）多维、多参数数据分析 (25)2. 技术挑战 (27)（1）样品处理及实验条件优化 (27)（2）数据解析与生物信息学分析 (28)（3）技术整合与跨学科合作 (30)六、前景展望及发展趋势 (31)1. 技术创新与发展方向 (32)2. 在生物医学领域的应用前景 (33)3. 对未来单细胞代谢组学研究的启示 (34)七、结论 (35)一、内容概述质谱技术作为一种重要的分析手段，在生物学研究领域中发挥着不可替代的作用。
随着单细胞研究的兴起，质谱技术在单细胞代谢组学中的应用逐渐受到广泛关注。
本段落将概述单细胞代谢组学的研究背景、质谱技术的原理及其在单细胞代谢组学中的应用现状。
单细胞代谢组学是研究单个细胞代谢物组成及其变化的科学，其重要性在于能够揭示细胞间异质性和细胞内代谢过程的详细信息。
传统的代谢组学方法往往针对大量细胞进行研究，难以揭示单个细胞的代谢特征。
而质谱技术以其高灵敏度、高分辨率的特点，成为单细胞代谢组学研究的重要工具。
质谱技术通过测量离子的质量和电荷来识别化合物，具有极高的检测精度和灵敏度。
基于核磁-质谱稳定同位素分辨的代谢组学及肿瘤代谢应用
基于核磁-质谱稳定同位素分辨的代谢组学及肿瘤代谢应用1.引言1.1 概述在代谢组学研究领域，核磁-质谱稳定同位素分辨技术已经成为一种重要的分析方法。
基于核磁共振和质谱技术的结合，该技术能够在代谢水平上提供全面和准确的信息，进一步揭示生物体内代谢网络的变化与调控机制。
代谢组学通过分析细胞或组织中代谢产物的整体组成和相对含量，可以获得关于生物体内代谢物组成和变化的全貌，有助于了解生物体在不同状态下的代谢特征和相互作用。
肿瘤代谢学研究是代谢组学的一个热点领域。
肿瘤细胞的代谢特征与正常细胞不同，具有高度依赖糖酵解和异常的脂肪酸代谢等特点。
通过分析肿瘤细胞的代谢变化，可以揭示肿瘤的发生机制、进展过程以及治疗反应，为肿瘤的早期诊断和治疗提供新的思路和方法。
基于核磁-质谱稳定同位素分辨的代谢组学技术，可以通过标记和追踪代谢物中特定同位素的变化，实现对代谢途径和代谢流动的定量分析。
这种方法能够提供代谢物的结构信息和代谢途径的动力学变化，进一步拓展了代谢组学的研究领域。
在肿瘤代谢研究中，通过核磁-质谱稳定同位素分辨的代谢组学技术，我们可以深入了解肿瘤细胞的代谢特征、代谢途径的调控机制以及与肿瘤发生的相关因素。
这对于肿瘤的分型、诊断和治疗提供了重要的参考依据。
综上所述，基于核磁-质谱稳定同位素分辨的代谢组学技术在肿瘤代谢研究中具有重要的应用价值。
通过该技术，我们能够全面了解肿瘤细胞的代谢特征和代谢途径的变化，从而为肿瘤的早期诊断和治疗提供新的策略和方法。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要概述了本文的研究背景和目标。
首先，介绍了代谢组学在肿瘤研究中的重要性和应用前景。
接着，详细介绍了基于核磁-质谱稳定同位素分辨技术的代谢组学方法及其在肿瘤代谢研究中的应用。
最后，阐述了本文的目的，即通过研究核磁-质谱稳定同位素分辨的代谢组学在肿瘤代谢研究中的应用，为肿瘤诊断和治疗提供新的策略和方法。
代谢组学技术在心肌梗死生物标志物筛选中的研究进展
代谢组学技术在心肌梗死生物标志物筛选中的研究进展
王慧星;盛佳洁;李萌
【期刊名称】《心脑血管病防治》
【年(卷),期】2024(24)4
【摘要】心肌梗死是因冠状动脉阻塞导致的心肌缺血性坏死,有较高的发病率和死亡率。
代谢功能障碍能反映心肌能量供应和利用的不平衡,且与心血管疾病的发生发展及预后密切相关。
目前代谢组学技术已经应用于心肌梗死的研究中,通过对患者体内小分子代谢物的种类、数量及其变化规律进行分析,为心肌梗死的诊断及预后生物标志物筛选提供技术方法和思路。
本文将代谢组学技术在心肌梗死生物标志物的相关研究进展进行综述。
【总页数】5页(P45-48)
【作者】王慧星;盛佳洁;李萌
【作者单位】浙江中医药大学第二临床医学院;浙江医院医学检验科
【正文语种】中文
【中图分类】R54
【相关文献】
1.代谢组学技术在肝毒性生物标志物筛选中的应用
2.蛋白质组学技术在产前诊断生物标志物筛查中的研究进展
3.代谢组学技术在筛选奶牛脂肪肝生物标志物中的应用研究进展
4.血清非靶向代谢组学联合靶向胆汁酸代谢组学筛查结直肠癌的潜在生物标志物
5.基于质谱技术的尿液代谢组学在膀胱癌生物学标志物挖掘中的研究进展
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高分辨率质谱分析在代谢组学中的应用研究
高分辨率质谱分析在代谢组学中的应用研究高分辨率质谱分析是一种非常重要的分析技术，是高级代谢组学研究的必备技术之一。
这种方法不仅可以用于发现新代谢物，同时还可以用于代谢物的定量分析以及生物标记物的筛选。
在本文中，将探讨高分辨率质谱分析在代谢组学中的应用研究。
一、高分辨率质谱分析初探高分辨率质谱分析是将样品中的各种大分子化合物分离出来，并确定它们的质量比。
这种方法主要基于质量谱仪的技术，其中使用高精度质谱法（HRMS）来识别获得的质谱峰。
这种方法在代谢组学中得到了广泛应用，并被证明是一种极其有力的工具。
二、高分辨率质谱分析在代谢组学中的应用代谢组学是一种系统性的方法，可以用于评估生物体中的所有代谢物。
其目的是通过对生物体中所有小分子的分析，揭示代谢网络及其变化，并找到相关疾病或环境因素。
高分辨率质谱分析是代谢组学研究的重要手段，主要得益于其高灵敏度，从而可以检测到较低浓度的代谢产物。
代谢组学中，高分辨率质谱分析被广泛应用于大样本群体的分析。
例如，在恶性肿瘤方面，通过高分辨率质谱分析可以有效地检测到癌症特有的代谢物，通过对代谢物的变化进行研究，可以评估治疗的有效性。
除此之外，高分辨率质谱分析还可以用于评估环境因素对代谢物的影响，进一步研究代谢的生物学机制。
三、高分辨率质谱分析在代谢物定量中的应用高分辨率质谱分析可以准确定量各种代谢物质，比如脂质类、氨基酸和糖类。
相比于定性分析，定量分析可以更好地描绘代谢组的动态变化，并在治疗中监测代谢的变化。
例如，在癌症治疗中，用高分辨率质谱分析可以测定药物代谢产物的浓度，从而帮助确定药物剂量，监测药物的代谢和治疗效果。
四、高分辨率质谱分析在生物标志物筛选中的应用生物标志物是在健康和疾病状态下所表现出来的改变的分子，是评价病情和治疗效果的重要依据。
在癌症研究中，高分辨率质谱分析广泛应用于生物标志物的筛选。
通过分析代谢物的变化，找到与肿瘤变化有关的代谢物，可以将这些代谢物作为生物标志物进行筛选，以此进行癌症检测、诊断及治疗。
基于气相色谱―质谱技术的小青龙汤证大鼠血液代谢组学研究
基于气相色谱―质谱技术的小青龙汤证大鼠血液代谢组学研究摘要：目的采用气相色谱-质谱法（GC-MS）测定小青龙汤证大鼠血液中内源性代谢物，为小青龙汤证本质研究提供依据。
方法将36只雄性Wistar大鼠随机分为空白对照组10只、模型组13只和小青龙汤组13只，模型组和小青龙汤组制作外寒内饮（小青龙汤证）模型，小青龙汤组灌胃小青龙汤，空白对照组不作任何处理。
15 d后，3组大鼠腹主动脉取血，进行GC-MS检测。
图谱经预处理后采用偏最小二乘法-判别分析进行多元统计分析。
结果发现13种小分子标志物，分别为乳酸、3-羟基丁酸、甘氨酸、丝氨酸、赖氨酸、葡萄糖、花生四烯酸等代谢物质。
结论乳酸、甘氨酸等标记物集中表现为能量代谢、免疫功能和炎症反应，为小青龙汤证本质研究提供了物质基础。
关键词：气相色谱-质谱；血液；小青龙汤证；大鼠DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2015.04.023中图分类号：R284.1 文献标识码：A 文章编号：1005-5304（2015）04-0083-04Metabonomics Study on Blood of Rats with Xiaoqinglong Decoction Syndrome Based on GC-MS ZHAO Xiao-hua1，HELi-qing1，GAI Jiang-hua2 （1.Shanxi University of Traditional Chinese Medicine，Taiyuan 030024，China；2.Changzhi Chinese Medicine Hospital，Changzhi 046000，China）Abstract：Objective To determine the endogenous metabolites in blood of rats with Xiaoqinglong Decoction Syndrome by using GC-MS；To provide evidence for researches on the essence of Xiaoqinglong Decoction Syndrome. Methods Totally 36 male Wistar rats were randomly divided into blank control group （10 rats），model group （13 rats），and Xiaoqinglong Decoction group （13 rats）. Model group and Xiaoqinglong Decoction group were used to make the models of exogenous cold and internal fluid syndrome （Xiaoqinglong Decoction Syndrome）. Rats in Xiaoqinglong Decoction group received gavage with Xiaoqinglong Decoction，while rats in blank control group received nothing. Blood of rats in the three groups was taken from the abdominal aorta and detected byGC-MS 15 days later，and analyzed by multivariate statistical analysis with PLS-DA. Results 13 kinds of biomarkers were found：lactic acid，3-hydroxy-butyric acid，glycine，serine，lysine，dextrose，arachidonic acid and other metabolites. Conclusion Expressions of biomarkers，such as lactic acid and glycine，are energy metabolism，immune function，andinflammation，which provide material basis for researches on the essence of Xiaoqinglong Decoction Syndrome.Key words：GC-MS；blood；Xiaoqinglong Decoction Syndrome；rats小青龙汤首见于《伤寒论?辨太阳病脉证并治》“伤寒表不解，心下有水气，干呕，发热而咳，或渴，或利，或噎，或小便不利，少腹满，或喘者，小青龙汤主之”。
乌头类中药毒代动力学及代谢组学研究进展
乌头类中药毒代动力学及代谢组学研究进展乌头类中药是一类常用中药材，含有多种生物活性物质，具有很高的药用价值，然而毒性极强，其主要毒性成分是乌头碱、新乌头碱、次乌头碱，同时也是有效成分，因此临床使用的安全性应受到广泛关注。
随着药物开发研究的不断深入，人们已经不满足于仅仅了解药物的毒性，更迫切地需要了解其致毒机制及毒性产生和发展的规律性，以便对药物的安全性作出科学合理的评价，因此毒代动力学及代谢组学评价已逐渐成为创新药物评价的一项重要内容。
建立科学、客观、规范的乌头类中药安全评估体系，正确评估和运用其毒性，是药物性能开发的重要内容。
作者通过近年来对乌头类药物的毒代动力学和代谢组学研究进展进行综述，提出加强乌头类药物安全性评价研究工作，尽快建立科学，规范的安全评价体系，使民族瑰宝发挥出更大的优势。
标签：乌头；毒代动力学；代谢组学1 乌头类中药的毒性成分及中毒机制目前，不同地区及不同部位的乌头类中药的代谢图谱比较发现，乌头类草药中主要存在烷基醇胺二萜类（ADAS），双酯型二萜类（DDAS）、脂类三大类双脂型生物碱，具有共同的C19-去甲二萜骨架，其中的C8位置分别被羟基，乙酰氧基或脂肪酸酰基占用[3-6]，但有关3种生物碱毒性的比较尚未见相关文献报道。
从化学结构上看，乌头类草药的毒性主要来源于带有羰基的双脂型二萜类生物碱[7]，如乌头碱、中乌头碱、新乌头碱。
Famei Li[8]应用GC/TOF-MS技术对大鼠血浆中乌头类生物碱的代谢产物进行定性分析，结合质谱数据库鉴别36种代谢产物，同时通过乌头碱，次乌头碱，新乌头碱3组实验组代谢产物的比较，发现乌头碱能引起谷氨酰胺和肌酐下降，揭示了乌头碱是引起心脏和肌肉毒性的主要成分，并且3种乌头类生物碱具有不同的毒性和代谢机制。
在有关中毒机制的研究中，韩旭[9]拟用附子水煎液大鼠灌胃给药，待出现明显心律失常时取血，分离血清，一部分在组织水平观察对离体豚鼠乳头肌动作电位的影响，一部分用于血清中成分分析测定，并以新乌头碱（mesaconitine）为研究对象，分析其致心律失常的机制，结果发现附子所含的新乌头碱通过调节钙通道活性而非bERG通道相对延长了APD90～30（復极90%～30%的动作电位时程），是引起大鼠心律失常，尤其是QT间期延长的原因之一。
高分辨率质谱分析技术在代谢物组学中的应用研究
高分辨率质谱分析技术在代谢物组学中的应用研究近年来，随着生物医学研究的不断深入，代谢物组学成为了研究人员们进行疾病诊断、治疗以及新药研发的热点领域。
研究人员们通过对生物体内代谢产物的全面检测和定量分析，可以发现新的生物标志物、病理生理变化以及新的治疗靶点。
然而，由于代谢产物种类的复杂性以及含量范围的广泛性，代谢物组学研究领域中的样品预处理、质谱检测和数据分析也因此变得更加复杂和困难。
高分辨率质谱分析技术因其高准确性、高分辨率和高敏感性，在代谢物组学中得到了广泛的应用。
与其他技术相比，高分辨率质谱分析技术主要优点在于，该技术可以在一个样品中同时检测到数以千计的代谢产物，能够定量分析低丰度的代谢产物，消除谱图的混杂和干扰信号，减小检测误差，从而提高代谢物组学分析的准确性。
代谢物组学研究中，高分辨率质谱分析技术可以通过两种不同的方式进行分析：非靶向代谢物组学和靶向代谢物组学。
非靶向代谢物组学是指对样品中的所有代谢产物进行定性和定量分析，然后通过统计分析和生物信息学工具对代谢通路和生物学过程进行系统研究。
与此相反，靶向代谢物组学是指通过选择感兴趣的代谢产物或代谢通路进行分析，并对这些代谢产物进行定量分析和注释，从而深入研究生物过程和疾病发生机制。
在代谢物组学中，高分辨率质谱分析技术主要应用于以下几个方面：1. 代谢物鉴定代谢物鉴定是代谢物组学研究的核心内容。
高分辨率质谱分析技术可以准确地鉴定代谢产物，并确定它们的化学式和分子结构。
通过结合公开数据库和生物信息学工具，可以对鉴定的代谢产物进行生物信息学注释、代谢通路分析、生物学过程解析等多个层面的深度研究。
这有助于揭示代谢物在生物病理、生命过程和药物代谢等方面的功能。
2. 代谢物定量分析代谢物定量分析是代谢物组学研究中的另一重要环节。
由于样品复杂性、代谢物种类和含量范围的广泛性，代谢物组学定量分析成为了技术难点。
然而，高分辨率质谱分析技术可以在一个样品中同时检测到数以千计的代谢产物，并且可以在非常低的代谢产物含量下精确地定量分析代谢产物。
基于高通量定量质谱技术的代谢组学分析
基于高通量定量质谱技术的代谢组学分析代谢组学是一门研究生物体内代谢产物组成变化的学科，其主要研究对象是生物体内代谢物质的种类、数量和相对丰度的变化规律。
在这个领域，高通量定量质谱技术是一个广泛应用的工具。
在这篇文章中，我们将深入探讨基于高通量定量质谱技术的代谢组学分析的原理、应用和前景。
一、高通量定量质谱技术的基本原理高通量定量质谱技术是一种旨在快速准确地分析每种化学分子在样品中的含量的科学方法。
不同于定性分析技术，高通量定量技术可以定量地测定大量的代谢产物。
这些代谢产物可以从任何类型的样品（例如血液、组织样本、生物体培养基、土壤或水体等）中提取，并在代谢组学分析中得到进一步研究。
高通量定量质谱技术的基本原理是利用质谱（MS）的原理来实现。
质谱可通过将输入样品的某一化学分子分离出来，并对其进行量化分析，以确定该化学物质的质量。
通过将分离出的化学分子可进行碎片分析，再通过定量测量联合分析中每个碎片的相对丰度和数量，从而使高通量定量质谱技术具有高度精确、高通量的技术特点。
二、基于高通量定量质谱技术的代谢组学分析的应用领域基于高通量定量质谱技术的代谢组学分析广泛应用于生物医学研究、新药开发、生态环境和营养研究等多个领域。
生物医学研究：通过代谢组学分析技术，可以比较研究对象之间代谢产物的差异。
如糖尿病病人与非糖尿病病人之间代谢产物的差异；癌症病人与无癌症病人之间代谢产物的变化等。
这些应用都为临床治疗和疾病预防提供了重要线索。
新药开发：代谢组学分析技术可用于目标物理解、药效研究和代谢物筛选。
这对于药物开发和营销都至关重要，可以帮助研发人员快速评估目标化合物的药效和代谢产物。
生态环境：代谢组学分析技术可用于生物标志物研究和环境污染研究。
通过分析代谢产物的变化，可以发现环境中的污染物，以及其对生物的影响。
此外，代谢组学也可以被用来识别环境污染物暴露的生物标志物。
营养研究：代谢组学分析技术可用于研究人类和动物营养与代谢之间的关系。
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任向楠，梁琼麟*
（ 清华大学 化学系，清华大学分析中心，北京 100084）
摘 要： 质谱分析技术是代谢组学研究的重要技术之一。该文通过近 5 年来的文献分析，对基于质谱分析的 代谢组学研究方法的新进展，包括样品前处理方法、分析检测方法、数据处理方法等，以及近年来代谢组学 在疾病诊断、药物研发、营养学、毒理学、运动医学等领域的应用进展，进行了较全面的综述，并对未来的 发展趋势进行了展望。 关键词： 质谱分析； 代谢组学； 研究进展； 综述 中图分类号： O657. 63； O629. 73 文献标识码： A 文章编号： 1004 － 4957（ 2017） 02 － 0161 － 09
（ 续表 1）
代谢组学类型 非靶向分析 （ 尿 液代谢物）
样本 尿液
稀释
前处理方法
分析方法 UPLC － MS
非靶向分析 （ 尿 液代谢物） 非靶向分析 （ 尿 液代谢物） 非靶向分析 （ 尿 液代谢物） 非靶向性分析
非靶向性分析
尿液 尿液 尿液 肝脏组织
动脉斑块组织
衍生化处理
毛细管吸取
蛋白沉淀、稀释
SFC － MS UPLC － MS UPLC － MS HSS T3 柱 BEH C8 柱 HPLC － MS / MS
数据处理方法 T 检验
PCA
文氏图、Tukey 检验、 变异系数 PCA T 检验
相关性分析（ Matlab） 单因素方差分析
参考文献 ［28］ ［11］
［29 － 30］ ［12 － 13］
收稿日期： 基金项目：
* 通讯作者：
2016 － 09 － 30； 修回日期： 2016 － 11 － 28 国家 自 然 科 学 基 金 项 目 （ U1333132，81230079 ） ； 科 技 部 国 际 科 技 合 作 项 目 （ 2011DFA31860 ） ； （ 2014ZX09304307001，2014ZX09201022 － 004，2014ZX09201022 － 005） 梁琼麟，研究方向： 生命分析化学，Tel： 010 － 62772263，E － mail： liangql@ tsinghua. edu. cn
1. 2 质谱分析技术
质谱（ MS） 分析主要包括液相色谱 － 质谱联用（ LC － MS） 和气相色谱 － 质谱联用（ GC － MS） ，液相 色谱又分为超高效液相色谱（ UPLC） 和高效液相色谱（ HPLC） 。非靶向性代谢组学的分析，色谱可选择 与飞行时间 （ TOF） 、静电轨道阱 （ Orbitrap） 、离子阱飞行时间 （ IT － TOF） 、四极杆 － 飞行时间 （ Q － TOF） 等质谱联用； 靶向性代谢组学的分析，色谱可与三重四极杆（ QQQ） 或四极杆离子阱（ Q － Trap） 等 质谱串联，用多反应监测器 （ MＲM） 进行检测。大气固体分析探针 （ Atmospheric solids analysis probe， ASAP） 结合质谱技术（ ASAP － MS） 采用毛细管吸取的方式进样，操作简单，可用于较复杂物质的离子 检测，例如鼠的尿液以及狗和鼠的胆汁，能有效地将样品来源归类，但其产生的数据不如液质和气质 全面，可以用于样本筛选方面［26］。近年来逐渐发展了高集成和高通量的微流控芯片与质谱联用的方 法，林金明等［27］在这方面做了很多工作，将微流控芯片与电喷雾质谱联用技术相结合用于细胞分析及 药物动力学的研究，使细胞药物代谢研究和细胞间信号传递的研究深化到分子水平。
第 36 卷 第 2 期 2017 年 2 月
分析测试学报 FENXI CESHI XUEBAO（ Journal of Instrumental Analysis）
Vol. 36 No. 2 161 ～ 169
doi： 10. 3969 / j. issn. 1004 － 4957. 2017. 02. 002
［31］
线粒体 血清、血浆
用冷甲醇从细胞中提取线粒 体，用超声降解法破碎细胞
蛋白沉淀（ 气质需衍生化）
HPLC － MS / MS
UPLC － MS GC － TOF － MS
双因素方差分析
［25］
相关性分析 协方差分析
PCA
［2，8，14，32］
第2 期
任向楠等： 基于质谱分析的代谢组学研究进展
Abstract： Mass spectrometry（ MS） is one of the most important analytical technologies for metabolomics． In recent years，metabolomics based on MS has been widely used in disease diagnosis，drug effect research，nutrition，toxicology，sports medicine，etc． This paper reviews the sample pretreatment，analytical tools，data processing method and main application fields in the past five years． The development tendency of metabolomics in future is also proposed． Key words： mass spectrometry（ MS） ； metabolomics； advance； review
非靶向分析 （ 脑 脊液代谢物） 非靶向分析 （ 唾 液代谢物） 非靶向分析 （ 羊 水代谢物）
胆汁 细胞
脑脊液 唾液 羊水
毛细管吸取
细胞制备后用生物样品均质 器提取代谢物 干冰甲醇提取 声波降解法 甲醇提取
甲醇 － 水（ 1 ∶ 1） 水提，二氯 甲烷 － 甲醇（ 3 ∶ 1） 提取，甲 醇 － 水（ 1 ∶ 1） 复溶 甲醇 － 水（ 1 ∶ 1） 水提，二氯甲 烷 － 甲醇（ 3 ∶ 1） 提取有机物
GC － MS
ASAP － MS
CE － ESI － MS － TOF
UPLC － MS HSS T3 柱
Advance in Metabolomics Based on Mass Spectrometry
ＲEN Xiang-nan，LIANG Qiong-lin*
（ Department of Chemistry，Analysis Center，Tsinghua University，Beijing 100084，China）
代谢组学类型 靶向分析 （ 甲胺 类代谢物） 靶向分析（ 血清）
靶向分析 （ 尿液 代谢物） 靶向分析 （ 胆汁 酸类代谢物）
靶向分析 （ 粪便 代谢物） 靶向分析 （ 线粒 体代谢物） 非靶向分析 （ 血 清、血浆代谢物）
表 1 生物样本的质谱代谢组学研究案例 Table 1 The cases of metabolomics based on mass spectrometry of biological samples
样本 血清 血清
尿液 胆汁酸
粪便
前处理方法 蛋白沉淀、乙腈液液萃取
甲醇 － 乙腈 （ 1 ∶ 9） 沉淀蛋 白，血清 和 有 机 溶 剂 的 体 积 比不小于 1 ∶ 4 稀释
从血清、血 浆 和 尿 液 中 提 取 胆汁酸，用甲醇沉淀蛋白
乙腈 － 水（ 1 ∶ 1） 除蛋白
分析方法 UPLC － MS BEH，HILBiblioteka C 柱 UPLC － QTOFMS
代谢组学（ Metabolomics，Metabonomics） 是指生物体系因生物刺激、病理生理扰动或遗传信息改变 等引起的总体、动态的代谢变化［1］。代谢组学作为系统生物学最下游的 “组学”，是整体性研究生命 体系功能变化的重要学科分支。代谢组学的研究对象为复杂的生物体系，种类非常多，常见的生物样 本包括生物体液（ 尿液、血清、血浆、唾液、胆汁、脑脊液、羊水、眼泪、胰液、肠液等） 、动物或人 体组织（ 肿瘤、肝脏、脑、脂肪组织等） 和细胞［2］。代谢组学常用的研究手段包括质谱和核磁两大类， 本文重点综述了 2010 年以来基于质谱（ MS） 分析的代谢组学在医学领域的研究进展，主要包括疾病诊 断、药物研发、营养学、毒理学、运动医学等方面。
国家科技重大专项
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分析测试学报
第 36 卷
飞行质谱联用（ HPLC － TOF － MS） 的分析方法，同时定量了大鼠服用知母后的 21 种药物代谢物，用精 确质量测定了代谢物的基本组成并确认其结构，其中包括同分异构体的代谢物［10］。成玉等［11］优化了 去除血清蛋白的方法，发现甲醇 － 乙腈混合除蛋白检测的离子峰多于纯甲醇和纯乙腈，这与本实验室 的研究结果相一致，另外一方面通过对比方法的重现性，发现甲醇 － 乙腈（ 1 ∶ 9） 去除血清中的蛋白优 于甲醇 － 乙腈（ 1 ∶ 1） 。Want 等［12］和 Sarafian 等［13］处理胆汁酸的样本时，均采用甲醇除蛋白法。非靶 向分析实体组织代谢物研究方面，多篇文献均采用甲醇 － 水（ 1 ∶ 1） 提取水溶性代谢物，二氯甲烷 － 甲 醇（ 3 ∶ 1） 提取有机类代谢物［14 － 18］。在液质联用（ LC － MS） 分析粪便代谢物方面，Su 等［19］处理粪便样 本时，先用水提取，再用相同体积的乙腈提取，合并上清液、吹干，用同位素丹磺酰氯衍生化，数据 结合 HMDB 数据库，鉴定出 3 位女性 7 d 粪便中的 39 种代谢物； Tian 等［20］则采用甲醇涡旋提取处理 粪便样本，用液质联用分析出对照组和给药组的 16 个代谢标志物。气相色谱 － 质谱联用（ GC － MS） 能 直接从标准谱库中比对化合物信息，易于定性，但其不适用于难挥发和高极性代谢物分析，前处理需 衍生化，相对处理复杂，常用的衍生化方法有硅烷化、酰化、烷基化［21 － 22］。Sulek 等［23］用气质联用分 析头发代谢物时，分别用氢氧化钠水解、酸中和、冷冻干燥、甲醇水混合物再提、蒸干、氯甲酸甲酯 衍生、弃去水层的步骤处理头发样本。Tsutsui 等［24］用液质联用分析头发代谢物时，用甲醇盐酸混合物 超声提取头发样本，前处理方面较气质联用简单。本实验室建立了从细胞中提取线粒体及其样本制备 的方法，并将代谢组学的应用推广到亚细胞层面［25］。各类样本的靶向分析和非靶向分析的前处理方法 详见表 1。