2022-9-13 10:21
代谢组分析面临新的挑战
随着代谢组学在疾病、营养、环境与健康、农业等领域的应用越来越广泛，对代谢组学的分析方法提出了更高的需求。然而代谢组学分析涉及的样品复杂性及目前检测的局限使得该领域依然面临极大的挑战：
代谢组学样品中包含多种的代谢物，目前需要多种仪器或多方法整合分析以确保全面的检测，大大降低了检测通量；
代谢物的理化性质差异大，缺乏能有效电离的化学结构，造成分析的“盲点”；
大部分代谢物极性高，在反相色谱分离上无法得到好的保留，容易受到样品基质的干扰；
分析过程中部分代谢物容易产生氧化还原或源内裂解反应，会导致检测结果的误判；
样品中不同代谢物浓度范围差异大（从 pM 到 mM）容易受到仪器和基质的影响。
如何在现有基础上进一步提高代谢物高灵敏度、宽覆盖度和高通量的检测将是代谢组学更好地应用于各个领域的关键挑战。
DeepMarker MT 代谢组学平台
创新的技术流程
为了应对以上挑战，迈理奥科技在「加拿大阿尔伯塔大学厉良院士」的带领下，采用安捷伦 1290 UHPLC/6546 Q-TOF 液质联用系统，持续打造全球领先的 DeepMarker MT 代谢组学平台，实现复杂样品中代谢物的高灵敏、宽动态范围检测，在定性的同时实现准确定量（图 1）。平台采用高效化学同位素标记（HP-CIL）策略，具体分析流程如下[1-4]：
1首先，将胺/酚基代谢物、羧基代谢物、羰基代谢物和羟基代谢物这 5 大官能团分成 4 组，采用 12C- 丹酰试剂和 13C- 丹酰试剂对样品分别进行衍生化处理（通过对权威代谢组数据库的统计，胺/酚基代谢物、羧基代谢物、羰基代谢物和羟基代谢物占比整个代谢组的总覆盖率超过 90%）；
2经过重试剂标记和轻试剂标记后的衍生产物进行 1:1 混合，进行 LC-MS 检测；
3结合 IsoMS Pro 数据分析系统对质谱峰对信号进行数据提取及统计学分析。
图 1. DeepMarker MT 代谢组学平台完整流程
以含胺/酚基代谢物为例（图 2），使用丹磺酰氯（DnsCl）对目标代谢物进行化学衍生化后，检测灵敏度可提升 10-1000 倍，从而有效地克服传统无标记 LC-MS 方法的局限性。此外，整体流程包含了完整的 IsoMS Pro 分析系统，不仅实现对代谢物信号特征的高效提取，而且可利用衍生代谢物和内标衍生代谢物的峰面积进行相对定量与统计学分析。
图 2. 含胺/酚基代谢物的高效化学衍生化方法
DeepMarker MT 代谢组学平台也正是基于安捷伦最新的 1290 UHPLC/6546 Q-TOF 系统，该联用平台可应对更多的样品、增加的代谢物数量及浓度范围带来的挑战，完美符合高精度与高效率的要求。其优势主要体现在两方面：首先，安捷伦 1290 Infinity II 液相色谱系统的可靠性和稳定性极佳，适合快速精确分离多种代谢物组分；同时，配合安捷伦最新的 6546 Q-TOF 系统, 能够在不牺牲数据质量的前提下，获得高采集速度、高分辨率和宽动态范围，从而为代谢组学的定性和定量分析提供高质量的数据 [5]。
目前 DeepMarker MT 代谢组学平台可广泛为疾病、药物、毒理及食品营养等领域研究提供高质量分析结果。
DeepMarker MT 代谢组学平台
用于食品组学研究案例分享
近期，与四川省农业科学院深度合作，采用 DeepMarker MT 代谢组学平台对发酵红辣椒酱(FRP)、酱油和腐乳进行代谢组学分析，同时也对不同种类发酵样品之间和发酵红辣椒酱(FRP)的不同盐含量差异进行结果的比较 [1]，总体工作流程图见图 3。结果表明，在这些发酵食品中，检测到的代谢物高达八千多种，其中有一千多种代谢物可以准确鉴定或注释。
图 3. 高盐发酵食品研究的总体工作流程
对于发酵食品而言，其鲜味口感一般来自多种初级代谢物（如氨基酸、脂肪酸、碳水化合物和有机酸)和次级代谢物(如生物碱、黄酮类和酚酸），采用 HP-CIL LC-MS 可以鉴定 1190 种代谢物， 而传统无标记 LC-MS 和 GC-MS 代谢组学方法，只能分别鉴定 97 或 67 种代谢物。（图 4）[2]
图 4. 不同代谢组学平台鉴定的代谢物数量
采用高效化学同位素标记（HP-CIL）方案，DeepMarker MT 代谢组学平台可应对目前代谢组学的新需求及新挑战，加速代谢组学研究进度，同时提升检测结果的灵敏度、可靠性和重现性。放眼未来，随着人类对疾病发生、发展、预防、治疗不断深入的研究，该平台亦将拓展到临床检测维度，打开 IVD 检测领域的新世界，有着广泛的应用前景。
迈理奥介绍
厦门市迈理奥科技有限公司成立于 2020 年 7 月，由归国博士为核心的专业团队创建，加拿大皇家科学院院士厉良教授担任首席科学顾问。迈理奥率先采用创新的高效化学同位素标记（HP-CIL) 结合液质联用技术，开发出全球领先的 DeepMarker MT 代谢组学平台，专注于全方位、个性化、一站式的科研服务和创新医疗诊断试剂的开发，推动生物标志物探索、健康监测等生命科学领域的创新与变革。目前已完成上百个合作项目，获得多项知识产权及相关成果，涉及医药、食品、环境、水产等各个领域。客户涉及高校、研究所及医疗机构临床科研部门的研究人员等。
专家团队
【首席科学顾问】
厉良 教授
加拿大皇家科学院院士
阿尔伯塔大学终身教授
加拿大国家代谢组学研究创新中心联合主任
人类代谢组计划联合发起人
人类代谢组学数据库 HMDB 联合创始人
全球领先 HP-CIL 代谢组技术平台发明人
*被引用次数：20219 （Google Scholar, 2022）
H-index：70 （Google Scholar, 2022）[6]
【核心创始人 技术&研发总监】
赵爽 博士
清华大学学士、硕士；阿尔伯塔大学博士
厦门市第十四批“双百计划”领军型创业人才
参与人类代谢组计划、 加拿大脑计划 、人类代谢组学数据库（HMDB）的建设
10 余年代谢组学相关研究经验、加拿大国家代谢组学创新中心 7 年研发经验
参考数据：
[1] “Development of a High-Coverage Quantitative Metabolome Analysis Method Using Four-Channel Chemical Isotope Labeling LC-MS for Aanlyzing High-Salt Fermented Food”., Zhihua Li, Ling Dong, Chi Zhao, Fengju Zhang, Shuang Zhao, Jingjing Zhan, Jia Li, and Liang Li*., J. Agric. Food Chem. 2022 Jul 20;70(28):8827-8837.
[2] “Comprehensive metabolomic comparison of five cereal vinegars using non-targeted and chemical isotope labeling LC-MS analysis”. Zhihua Li*, Chi Zhao, Ling Dong, Yu Huan, Miwa Yoshimoto, Yongqing Zhu, Ipputa Tada, Xiaohang Wang, Shuang Zhao, Fengju Zhang, Liang Li*, Masanori Arita*, 2022, , Metabolites, 12(5), 427.
[3] 迈理奥微信公众号：
https://mp.weixin.qq.com/s/b113z9IlAr_bt7gVZg-vXg
[4] 迈理奥官网：www.meliomics.com
[5] Agilent 6546 LC/Q-TOF 全面提升分析性能, 5994-0686ZHCN.
[6] Li Liang-Google Scholar：
https://scholar.google.com/citations?user=LAucFeIAAAAJ&hl=en
领域：基因/基因组/测序,多组学/蛋白质组/代谢组/脂质组
