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许国旺:拟靶向代谢组学—让质谱更好地服务于临床研究

AB SCIEX公司    2019-12-02    液相色谱质谱联用仪    浏览 34 次

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精准分析”我们的成功故事系列

写在前面的话

     “精准分析•量化释能”——我们的成功故事系列栏目,是SCIEX帮助科学家们分享有意义的科学发现和研究成果的科普平台。我们期待让更多的人感受到科学和“质谱”的力量,“让质谱改变每个人的生活”始终是SCIEX最美好的愿景。SCIEX非常荣幸能够参与到这一系列有趣的科学发现过程中,客户成功就是SCIEX的成功,所以,您读到的是 “我们(SCIEX和客户)的成功故事”。

       本期科学家许国旺,我们一起谈谈拟靶向代谢组学,让质谱更好的服务于临床研究。

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       许国旺研究员,博士,中国科学院大连化学物理研究所高分辨分离分析及代谢组学研究组组长、中国科学院分离分析化学重点实验室主任。

       中国科学院大连化学物理研究所的研究人员对新的基于质谱的代谢组学方法的开发有着浓厚的兴趣。在这一领域多年经验的基础上,许国旺研究员团队建立了一种创新的拟靶向策略,并成功地应用于代谢组学和脂质组学研究。

       大连化物所高分辨分离分析及代谢组学研究组,致力于研究和开发复杂系统和代谢组学的新分析方法和技术。在许国旺研究员的带领下,该研究组最近的工作重点是开发多维代谢组学色谱- 质谱平台,并将其应用于生命科学、重大疾病、中医药现代化、公共安全、转化医学等领域。

       许国旺研究员是我国最早进行代谢组学研究的学者之一, 在谈及团队的工作和代谢组学研究趋势时,许教授提到:“代谢组学是系统地研究生命体受内在基因突变、病理生理改变或外在环境刺激时体内多元动态的代谢物应答的科学。自我1996 年开始在这一领域工作以来,代谢组学得到了极大的发展,质谱(MS)和核磁共振(NMR)对这一进展作出了重大贡献。”

       他接着说:“液相色谱- 质谱(LC-MS)是代谢组学中一个越来越重要的工具。它可用于疾病分型和生物标志物的发现,目前已被广泛应用于病理生理学、疾病诊断生物标志物、医药、食品安全、环境和健康等领域。它将在精准医学、转化医学以及更多领域中发挥越来越重要的作用。”

      最近,该研究组主要集中在两个研究领域:1)不断扩展其本地LC-MS/MS 数据库,以提升代谢物的鉴定;2)开发一种创新的拟靶向质谱方法,以更好地服务于代谢组学的临床研究。在方法学上,许教授有多年的色质联用技术储备,从经典一维色谱到中心切割多维色谱、再到全二维色谱的研究过程,逐渐形成了以“多维色谱+ 联用技术+ 化学信息学”的科研特色,为代谢组学的研究提供了很大的助力,其已发表在包括PNAS, Hepatology, Clin. Chem., Cancer Res., Diabetes Care, Diabetologia, Anal. Chem.,TrAC, J. Chromatogr. A, J. Proteome Res., Mol. Cell Proteome 等国际著名刊物上的文章已超400 篇,H-指数: 55。许教授说:“代谢物鉴定是代谢组学研究的最大的瓶颈之一,高分辨质谱能从一次进样中获得数万个碎片离子,但最终只能鉴定出几百个代谢物。这种现状促使我们去建立一个本地代谢组学数据库,该数据库目前包括近7,000 个代谢物,而且这一数字仍在增长。SCIEX 高分辨质谱TripleTOF® 5600 高效的MS2 采集效率和质量为代谢物数据库的建立提供了很大助力。”

       代谢组学主要分为非靶向和靶向分析策略,但许教授团队开发了一种创新的拟靶向方法,该方法结合了非靶向的高覆盖、全扫描精确分子量定性和靶向的多反应监测(MRM)精确量化的优点。“拟靶向代谢组学的核心是通过非靶向方法的“拟”靶向化来实现的,包括三个步骤:基于四极杆飞行时间质谱的非靶向分析,母离子/ 产物离子对(MRMs)的选择,以及使用三重四极杆或QTRAP® 质谱系统(定量研究工作的首选设备)对这些MRMs 离子对的分析。”

     “相对于多靶向分析,拟靶向分析方法以实际样品为天然混合标准品,提供了更全面的代谢组学信息,而不仅仅是能鉴定到的代谢物。这消除了对标准品的依赖,简化了随后的MRM 分析的优化,并且可以同时检测已知和未知的代谢物,显著地扩大了覆盖范围。SCIEX TripleTOF 5600 和QTRAP® 在该工作中贡献很大,使我们能够将代谢物的数量从过去的几十个扩展到几百,甚至一两千个。与非靶向方法相比,拟靶向分析提供了良好的灵敏度,改进的重复性和4-5 个数量级的线性范围。我们还将此策略应用于脂质组学研究,获得了超过3,300 个脂质的MRM 离子对,涵盖超过7,000 个脂质化合物。”

       为了满足大规模临床代谢组学研究中长期保持良好重复性的需要,该中心将空白冲洗、大质控(QC)样品、后续信号漂移校正优化集成到拟靶向代谢组学方法中。实现了在QTRAP® 上开展大样本量分析所需的良好稳定性,包括不清洗离子源下的至少282 次连续进样(运行时间约110 小时)。“这种方法大大提高了临床样本分析的效率,有助于精准医学和临床诊断的研究,我们已经完成了各有上千例样本组成的几个队列分析。例如,在肝癌的早期诊断研究中, 我们分析了1,448 名受试者的样本,并确定了两种潜在的早期预警疾病的代谢生物标记物:苯丙酰色氨酸和甘胆酸。其中肝胆酸已经开发出检测试剂盒,并获得了浙江省食品药品管理局颁发的临床许可证,有助于辅助胆汁酸相关疾病的诊断、治疗和预后判断。”

     “当你进行大规模的研究时,质谱仪需要全年每天24 小时运行。重要的是,您的系统应是稳定和可靠的。SCIEX 质谱仪是我们工作的真正财富,同样重要的是,我们得到了SCIEX 公司出色的服务和支持。”许教授总结道。

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