代谢组学主要是对生物体受到内部(基因)或外部(饮食、环境等)刺激后所发生生物响应进行综合分析的研究工具,代谢组学的研究按照研究目的的不同可分为靶向代谢组学和非靶向代谢组学。

靶向代谢组学主要是涉及已知代谢物的多重分析,包括使用标准品进行待测物质的绝对定性定量分析;同时使用同位素内标来提高检测的灵敏度和增强物质定性定量的准确性,减少假阳性的发生。其不足在于物质的覆盖率有限。

而非靶向代谢组学是尽可能多的采集物质的信息,具有较为广泛的物质覆盖率。但由于缺乏标准品,可能会产生很多假阳性的信号(LC-MS平台尤为显著),缺乏对物质的绝对定性定量数据(NMR平台除外)。

小编今天以LC-MS平台为例用数据和大家一起分享一下靶向和非靶向代谢组学各自的特点及区别,帮助我们更深入的了解靶向代谢组学和非靶向代谢组学。

首先使用超高压液相色谱串联质谱(UPLC-MS/MS)和流动注射串联质谱(FI-MS/MS)靶向分析了NIST血浆中的代谢物,与NIST血浆数据库进行比对,评估方法的精确度。非靶向的分析方法是通过UPLC-Orbitrap-MS/MS分析不同的生物样本,并对不同的电离模式和固定相的进行比较分析,筛选适合靶向分析的最优方法组合。最后,我们对靶向和非靶向代谢组的方法所检测到的物质的精确度进行评价,分析每种方法的特点和区别。

研究方法

1. 靶向分析方法性能

首先使用QqQHILIC和QqQFI对NIST血浆靶向分析181种代谢物,通过与NIST血浆中的参考浓度值评估方法的精确度(通过计算RSD进行评估)。与NIST SRM 1950血浆的参考值相比,QqQHILIC的靶向分析的物质RSD平均为7.8%,通过QqQFI靶向分析的物质RSD平均为10.9%(图1)。说明从精密度层面来说,QqQHILIC和QqQFI都比较适合做靶向代谢组学分析,实际应用中由于QqQHILIC连有色谱柱,可以对物质实现预分离,在实验操作和数据分析过程都较QqQFI简单和方便,所以实际应用过程中一般选用QqQHILIC做靶向代谢组学的分析。

2. 非靶向分析方法性能

非靶向代谢组学主要是通过UPLC-Orbitrap-MS/MS分析了三种不同类型的样本(鱼肝脏、鱼脑、NIST血浆),并对不同的电离模式(ESI+和ESI-)及固定相(HILIC和C18)的进行比较分析。研究发现,在不同电离模式下,ESI+比ESI-得到的特征离子数量多,大约多133-145%,突出表明ESI+电离模式对物质的覆盖率较大。在不同的固定相之间,发现HILIC比C18可产生更多的离子特征,多104-236%,表明HILIC对物质的覆盖率较大。综合电离模式和固定相进行分析,发现ESI+和 HILIC的组合分析将产生最大数量的色谱特征。

最后,通过对生物样品(NIST血浆、鱼肝脏、鱼脑)进行技术重复和批次间的验证实验,比较了非靶向和靶向两种分析方法检测物质的精确度。首先分别使用QqQHILIC和OrbiHILIC对样本进行分析,无论是进行技术重复还是批次间样本的分析,与OrbiHILIC相比,均发现几乎所有的物质在QqQHILIC中精确度更高(表1)。其次使用QqQFI和OrbiC18+比较了样本中脂类物质的精确度,发现在技术重复和批次间样本进行分析时,与OrbiC18+相比,QqQFI具有更小的RSD,更适合于脂质的分析。

通过对靶向代谢组和非靶向代谢组方法的评价和比较,发现靶向方法(QqQHILIC和QqQFI)具有比非靶向(Orbitrap)更高的精确度。如果有明确关注的物质,那么非常适合靶向代谢组的分析方法,其中QqQHILIC更适合非脂质类物质的分析,QqQFI更适合于脂质的分析。如果想得到更多的物质信息,那么可选择非靶向的分析方法,其中ESI+与HILIC结合的方式,可使检测的物质信息的覆盖率最广。


     小编观点

靶向代谢组和非靶向代谢组各有各的优势和特点。靶向代谢组定性定量准确,但对物质的覆盖率有限。而非靶对物质的覆盖率广泛,但缺乏绝对定性定量的数据。因此,如果想关注更多的物质信息,适合选择非靶向的代谢组学的方法,相信随着非靶向数据处理软件的改进,可以提高非靶向分析的精度及定性定量的准确度。如果想得到绝对定量定量的数据,除了靶向代谢组的方法之外,还可以选择核磁(NMR)进行分析,安隆科讯拥有的专利目标性分析法,可针对340种水溶性初生代谢物做到绝对定性定量的分析,并且基于NMR平台的稳定性高达98%,可以对样本进行长期的跨时间段的分析,非常适合生物样本的分析。 


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