王献等: 基于质谱技术的代谢组学研究及其在中国的发展

发现了显著性变化的不稳定代谢物, 从而辅助潜在生物标志物的正确识别[65].

近6年来, 本研究组通过开发和建立基于质谱技术代谢组学方法, 开展了与环境毒理和重大疾病相关的代谢组学研究[66~78]. 采用超高效液相色谱-四极杆串联飞行时间质谱分析了2,3,7,8-二口恶英在芳香烃受体敏感型的C57BL/6J小鼠与不敏感型的DBA/2J小鼠中的不同毒性反应[72, 74]. 同时, 还对大脑中的海马组织与小脑组织的代谢物解析中发现, 这两个组织有诸多类似的地方, 也呈现出二口恶英可促进衰老的现象[67, 73]. 用高分辨液-质联用法研究了体内代谢中马兜铃酸的毒性和致毒机制[70, 76, 78]. 结合动物模型与生物标记物的发现, 研究了灌胃葡萄糖的健康大鼠与糖尿病大鼠的代谢表型的相似度[71].本研究组还对流感病毒感染的细胞模型[69]、阿尔茨海默病转基因小鼠[68]及人类肝癌手术后的血清进行了代谢组学分析[77]. 此外, 本研究组与德国赫姆霍兹中心合作, 建立了超高分辨的傅里叶变换离子回旋共振质谱代谢组学分析方法, 高准确度的质谱数据有利于快速鉴定代谢物作为潜在的生物标记物.

唐惠儒研究组[79~81]建立了液-质与核磁共振联用代谢组学研究技术平台, 开展了多方面研究: 与重要疾病发生发展及治疗愈后相关的代谢变化规律与机制、宿主代谢组和寄生生物间相互作用的机制及其与健康的关系, 以及应激对生长发育过程中代谢组的影响规律及其与健康的关系等代谢基础研究. 刘虎威研究组首次将基于停流技术的反相色谱和正相色谱的二维分析系统与质谱联用应用于代谢物分析[82], 开展了生物样本的脂质轮廓图谱分析等脂质组学研究[82~85]. 陈焕文研究组[86, 87]致力于质谱仪器和方法的开发研究, 将质谱技术应用于生物样品的代谢指纹图谱和癌症诊断中等研究工作. 林金明研究组[88]开发了微流控芯片与质谱联用技术, 对细胞分泌物进行检测分析以期得到细胞生命活动中扮演重要角色的物质的结构和含量信息. 张金兰研究组[89]研究

致谢

和建立了一种中药体内成分和代谢产物发现和鉴定的新策略(质谱树状图过滤技术), 研究了淫羊藿的代谢物和代谢途径. 鞘脂类的代谢研究为麻风病和肺结核等过敏性疾病的发病机制和病理机制提供了证据[90]. 王喜军研究组[91~94]采用多维色谱-质谱及高分辨质谱联用的方法开展了中医方证代谢组学的研究, 考察了中药体内代谢物及其动态变化规律, 利用代谢组学对整体代谢轮廓的描述来评价复杂性多元效应. 我国从事代谢组学和质谱学研究的学者和团队众多, 由于篇幅有限, 在此无法一一介绍.

4 结论和展望

代谢组学是研究基因组功能的重要手段之一, 是系统生物学不可或缺的部分. 基于质谱技术的代谢组学方法, 如超高效液相色谱-高分辨质谱、毛细管电泳-质谱联用、多维色谱-质谱联用、质谱-核磁共振联用和超高分辨质谱等技术, 在灵敏度、分辨率、动态范围和高通量等方面均有显著的改善, 并且与其他学科方法的配合和交叉, 推动了代谢组学的发展.近10年来, 中国研究者在基于质谱技术的代谢组学新方法的创新和完善方面取得了一定成果, 并将其应用于更广泛的代谢组学相关研究领域.

整体代谢组学研究范围的不断拓宽导致新生物标记物的发现和新生化现象的阐释. 因此, 质谱技术将继续发挥主导作用. 但是, 功能完善的代谢产物数据库的构建、多维数据验证方法、代谢组学研究的标准化和进一步的技术突破仍是代谢组学尚需解决 的问题. 另一方面, 只有将代谢组学技术与基因组学、蛋白质组学数据整合在一起, 才能提供完整的系统生物学认知. 这样的平台必将产生庞大的数据, 如何合理有效地对基于质谱技术的代谢组学方法进行数据挖掘, 与不同平台和不同组学的数据进行整合, 尽量全面准确地对代谢物定性定量分析也是未来代谢组学的研究重点.

本工作得到国家自然科学基金(21275167)和香港研究资助局(HKBU5/CRF/10)资助, 特此一并致谢.

参考文献

1 Kitano H. Systems biology: a brief overview. Science, 2002, 295: 1662–1664

2 Liu ET. Systems biology, integrative biology, predictive biology. Cell, 2005, 121: 505–506

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