許國旺：擬靶向代謝組學—讓質譜更好地服務于臨床研究

“精準分析”我們的成功故事系列

——寫在前面的話

　　“精準分析?量化釋能”——我們的成功故事系列欄目，是SCIEX幫助科學家們分享有意義的科學發現和研究成果的科普平臺。我們期待讓更多的人感受到科學和“質譜”的力量，“讓質譜改變每個人的生活”始終是SCIEX最美好的愿景。SCIEX非常榮幸能夠參與到這一系列有趣的科學發現過程中，客戶成功就是SCIEX的成功，所以，您讀到的是 “我們（SCIEX和客戶）的成功故事”。

　　本期科學家許國旺，我們一起談談擬靶向代謝組學，讓質譜更好的服務于臨床研究。

　　許國旺 研究員個人簡介

　　許國旺研究員，博士，中國科學院大連化學物理研究所高分辨分離分析及代謝組學研究組組長、中國科學院分離分析化學重點實驗室主任。

　　中國科學院大連化學物理研究所的研究人員對新的基于質譜的代謝組學方法的開發有著濃厚的興趣。在這一領域多年經驗的基礎上，許國旺研究員團隊建立了一種創新的擬靶向策略，并成功地應用于代謝組學和脂質組學研究。

　　大連化物所高分辨分離分析及代謝組學研究組，致力于研究和開發復雜系統和代謝組學的新分析方法和技術。在許國旺研究員的帶領下，該研究組最近的工作重點是開發多維代謝組學色譜 -質譜平臺，并將其應用于生命科學、重大疾病、中醫藥現代化、公共安全、轉化醫學等領域。

　　許國旺研究員是我國最早進行代謝組學研究的學者之一, 在談及團隊的工作和代謝組學研究趨勢時，許教授提到：“代謝組學是系統地研究生命體受內在基因突變、病理生理改變或外在環境刺激時體內多元動態的代謝物應答的科學。自我1996 年開始在這一領域工作以來，代謝組學得到了極大的發展，質譜（MS）和核磁共振（NMR）對這一進展作出了重大貢獻。”

　　他接著說：“液相色譜 -質譜（LC-MS）是代謝組學中一個越來越重要的工具。它可用于疾病分型和生物標志物的發現，目前已被廣泛應用于病理生理學、疾病診斷生物標志物、醫藥、食品安全、環境和健康等領域。它將在精準醫學、轉化醫學以及更多領域中發揮越來越重要的作用。”

　　最近，該研究組主要集中在兩個研究領域：1）不斷擴展其本地LC-MS/MS 數據庫，以提升代謝物的鑒定；2）開發一種創新的擬靶向質譜方法，以更好地服務于代謝組學的臨床研究。在方法學上，許教授有多年的色質聯用技術儲備，從經典一維色譜到中心切割多維色譜、再到全二維色譜的研究過程，逐漸形成了以“多維色譜+ 聯用技術+ 化學信息學”的科研特色，為代謝組學的研究提供了很大的助力，其已發表在包括PNAS, Hepatology, Clin. Chem., Cancer Res., Diabetes Care, Diabetologia, Anal. Chem.,TrAC, J. Chromatogr. A, J. Proteome Res., Mol. Cell Proteome 等國際著名刊物上的文章已超400 篇，H-指數: 55。許教授說：“代謝物鑒定是代謝組學研究的最大的瓶頸之一，高分辨質譜能從一次進樣中獲得數萬個碎片離子，但最終只能鑒定出幾百個代謝物。這種現狀促使我們去建立一個本地代謝組學數據庫，該數據庫目前包括近7,000 個代謝物，而且這一數字仍在增長。SCIEX 高分辨質譜TripleTOF^? 5600 高效的MS2采集效率和質量為代謝物數據庫的建立提供了很大助力。”

　　代謝組學主要分為非靶向和靶向分析策略，但許教授團隊開發了一種創新的擬靶向方法，該方法結合了非靶向的高覆蓋、全掃描精確分子量定性和靶向的多反應監測(MRM)精確量化的優點。“擬靶向代謝組學的核心是通過非靶向方法的“擬”靶向化來實現的，包括三個步驟：基于四極桿飛行時間質譜的非靶向分析，母離子/ 產物離子對（MRMs）的選擇，以及使用三重四極桿或QTRAP^? 質譜系統（定量研究工作的首選設備）對這些MRMs 離子對的分析。”

　　“相對于多靶向分析，擬靶向分析方法以實際樣品為天然混合標準品，提供了更全面的代謝組學信息，而不僅僅是能鑒定到的代謝物。這消除了對標準品的依賴，簡化了隨后的MRM 分析的優化，并且可以同時檢測已知和未知的代謝物，顯著地擴大了覆蓋范圍。SCIEX TripleTOF 5600 和QTRAP^? 在該工作中貢獻很大，使我們能夠將代謝物的數量從過去的幾十個擴展到幾百，甚至一兩千個。與非靶向方法相比，擬靶向分析提供了良好的靈敏度，改進的重復性和4-5 個數量級的線性范圍。我們還將此策略應用于脂質組學研究，獲得了超過3,300 個脂質的MRM 離子對，涵蓋超過7,000 個脂質化合物。”

　　為了滿足大規模臨床代謝組學研究中長期保持良好重復性的需要，該中心將空白沖洗、大質控（QC）樣品、后續信號漂移校正優化集成到擬靶向代謝組學方法中。實現了在QTRAP^? 上開展大樣本量分析所需的良好穩定性，包括不清洗離子源下的至少282 次連續進樣（運行時間約110 小時）。“這種方法大大提高了臨床樣本分析的效率，有助于精準醫學和臨床診斷的研究，我們已經完成了各有上千例樣本組成的幾個隊列分析。例如，在肝癌的早期診斷研究中， 我們分析了1,448 名受試者的樣本，并確定了兩種潛在的早期預警疾病的代謝生物標記物：苯丙酰色氨酸和甘膽酸。其中肝膽酸已經開發出檢測試劑盒，并獲得了浙江省食品藥品管理局頒發的臨床許可證，有助于輔助膽汁酸相關疾病的診斷、治療和預后判斷。”

　　“當你進行大規模的研究時，質譜儀需要全年每天24 小時運行。重要的是，您的系統應是穩定和可靠的。SCIEX 質譜儀是我們工作的真正財富，同樣重要的是，我們得到了SCIEX 公司出色的服務和支持。”許教授總結道。

　　大連化物所高分辨分離分析及代謝組學研究組的更多信息請登陸http://www.402.dicp.ac.cn/