什麽是代謝組學？

代謝組位於(yu) 基因調控網絡和蛋白質作用網絡的下遊，提供生物學的終端信息。那麽(me) 代謝組學提供終端信息的實驗過程是怎樣的呢？

代謝組學的實驗過程主要包括生物樣品製備、代謝物分離、檢測和鑒定、數據分析和生物學解釋。

生物樣品製備

代謝物主要通過體(ti) 液排泄，因此各種易得的生物體(ti) 液是代謝組學研究的主要樣本。同時，各種複雜的生物組織和細胞樣本，如臨(lin) 床或動植物實驗中獲得的病理組織或動植物組織等，也是代謝組樣本。

由於(yu) 身體(ti) 的所有組織和器官都參與(yu) 代謝過程，每個(ge) 細胞都有其代謝產(chan) 物的釋放，周圍的環境可以改變細胞的功能。因此，代謝譜易受多種因素影響，代謝組學研究的樣本采集需要嚴(yan) 格控製。采集樣本時，需要考慮采集時間、樣本保存條件和保存時間等的平行性。特別是臨(lin) 床生物樣本不易控製，需要考慮年齡、性別、年齡等的匹配。受測患者與(yu) 健康對照人群的飲食、作息習(xi) 慣、體(ti) 重、用藥等因素之間的差異。這些因素的變化會(hui) 導致代謝譜的變化，影響實驗結果。

與(yu) 基因和蛋白質相比，代謝物處於(yu) 生命活動的下遊，動態波動較大。因此，需要更多的生物學重複來提高數據的可靠性和可信度。

代謝組學研究的技術手段

根據不同的樣品性質、實驗目的、代謝物的理化性質，選擇不同的分析鑒定技術。目前，常用的鑒定技術是色譜-質譜聯用技術和核磁共振（NMR）技術。

色譜-質譜技術：利用色譜分離和質譜鑒定，可以對代謝物進行快速定性分析和準確定量。同時，由於(yu) 質譜的靈敏度高，可以檢測到更多的低水平代謝物。

色譜-質譜法包括液相色譜-質譜法和氣相色譜-質譜法。

液相色譜-質譜聯用儀(LC/MS)

LC/MS是一種分辨率較高的分離分析技術。具有靈敏度高、動態範圍寬、無需衍生化等優(you) 點。因此，它已成為(wei) 代謝組學研究中常用的技術。 LC/MS的主要分析範圍包括非揮發性化合物的分析與(yu) 測定、極性化合物的分析與(yu) 測定以及熱不穩定化合物的分析與(yu) 測定。 1000Da以內(nei) 的大分子量化合物的分析測定，包括蛋白質、肽、聚合物等。

氣相色譜-質譜聯用儀(GC/MS)

GC/MS是一種質譜技術，主要用於(yu) 揮發性物質的分離和鑒定。擁有較為(wei) 完善的美國國家標準與(yu) 技術研究院（NIST）數據庫。它在代謝物鑒定方麵具有一定的優(you) 勢，是植物代謝組學研究中常用的分析技術。

在動物代謝組學方麵，由於(yu) 動物的內(nei) 源代謝物大多是非揮發性的，分析樣品需要經過複雜的化學衍生化處理才能實現分析，這限製了GC/MS的應用。然而，隨著衍生化試劑和方法的創新，GC/MS開始逐漸應用於(yu) 動物代謝組學。與(yu) LC/MS相比，GC/MS檢測到的化合物主要是低極性、分子量相對較小（<300 Da）的代謝物。

核磁共振(NMR)

核磁共振（NMR）能夠實現對樣品中代謝物無偏差，並且所有化合物的靈敏度相同；對樣品無損傷(shang) ，不會(hui) 破壞生物樣品的結構和性質。無需複雜的預處理，可以在接近的生理條件下對生物樣品進行測試；並且可以實時動態檢測。

但NMR也有明顯的缺點，主要表現在以下幾個(ge) 方麵：其靈敏度比質譜低幾個(ge) 數量級，難以檢測豐(feng) 度低的代謝物；對於(yu) 可檢測到但含量較低的代謝物，信號較弱。同一種代謝物會(hui) 產(chan) 生多種信號，有些信號是不同代謝物信息疊加的結果。 NMR 可以提供結構片段的信息，但通常很難將這些片段分配給代謝物。

概括

不同的代謝組鑒定技術具有不同的特點。 GC/MS 擅長分析和鑒定揮發性和低極性代謝物，但不適合非揮發性代謝物。 LC/MS擅長分析鑒定1000Da以內(nei) 的大分子量化合物、非揮發性化合物、極性化合物、熱不穩定化合物。NMR檢測代謝物無偏差、無損傷(shang) 、前處理簡單、實時具有動態檢測特性，但檢測靈敏度較低。因此，應根據研究對象的特點和目的，進行更全麵的代謝組分析和鑒定，靈活組合一種或多種代謝組鑒定技術，充分發揮各自的優(you) 勢。