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代谢组

luoyuanquan — Thu, 08 Jul 2021 08:58:29 +0000

代谢组学是继基因组学和蛋白质组学之后新近发展起来的一门学科，是系统生物学的重要组成部分。基因组学和蛋白质组学分别从基因层面和蛋白质层面探寻生命的活动，而实际上细胞内许多生命活动是与代谢物相关的，如细胞信号、能量传递等都是受代谢物调控的。代谢组学正是研究在某一时刻细胞内所有代谢物的集合的一门学科。基因与蛋白质的表达紧密相连，而代谢物则更多地反映了细胞所处的环境，这与细胞的营养状态、药物和环境污染物的作用，以及其它外界因素的影响密切相关。因此有人认为，基因组学和蛋白质组学能够说明可能发生的事件，而代谢组学则反映确实已经发生了的事情。
从众多的代谢产物中选取研究对象，无疑是大海捞针。代谢组学研究通过一定的手段能够帮助研究员从代谢产物海中跳出来，提供一个“航拍”的视角，一目了然地发现差异性代谢产物。然后通过已知的代谢通路逆推找出调节酶和基因，完成疾病发病机制、药物治疗机制等方面的研究。
研究平台： 核磁共振技术 NMR（Nuclear Magnrtic Resonce）可对340余种水溶性代谢物小分子开展绝对定性定量检测分析。 气质联用技术 GC-MS（Gas Chromatography and Mass Spectrometry）可对37种常见脂肪酸的绝对定性定量检测非靶向广筛相对定性定量检测。 液质联用技术 LC-MS（Liquid Chromatography and Mass Spectrometry）可对植物激素的绝对定性定量检测，非靶向广筛相对定性定量检测。 技术路线： 结果展示：

样本中代谢物的名称及浓度

2 代谢通路分析图

KEGG代谢通路图

代谢组，首发于微基生物。

中长链脂肪酸检测

luoyuanquan — Fri, 02 Jul 2021 07:57:51 +0000

长链脂肪酸

脂肪酸在生物中广泛存在，是许多复杂脂质（如甘油三酯、磷脂等）的重要成分，在细胞供氧充足的情况下，可被氧化分解为CO2和H2O，为机体提供大量的能量支持。脂肪酸在信号传递中亦有重要作用，含多不饱和脂肪酸的脂质可在细胞结构中起到“脂筏”角色，利于胞内外物质的传递。脂肪酸由碳、氢、氧三种元素组成，系中性脂肪、磷脂和糖脂的主要成分。短链脂肪酸的碳链上的碳原子数小于6，系挥发性脂肪酸。中链脂肪酸的碳链上碳原子数为6-12的脂肪酸，主要是辛酸（C8）和癸酸（C10）。长链脂肪酸的碳链上碳原子数大于12。脂肪酸碳氢链一端为甲基端，一端为羧基端。通过检测游离脂肪酸水平来反映机体的脂质代谢、糖代谢及内分泌功能状态，对探索疾病的发病机理及防治有十分重要的意义。

应用方向

1.病理机制研究，游离脂肪酸常用于评估某种状态下脂肪酸的代谢水平，可应用于代谢性疾病方向的病理机制研究。

2．脂类代谢紊乱相关疾病的辅助诊断，如阿兹海默症、糖尿病、肥胖症、癌症、神经退行性疾病等。

3，药物研发与治疗效果监测。

样本类型

粪便、血液、组织、细胞等

检测平台

仪器平台： LC-MS

检测种类

编号		英文名	中文名称
1	C8:0	Methyl Caprylate	辛酸甲酯
2	C10:0	Methyl Caprate	癸酸甲酯
3	C11:0	Methyl Undecanoate	十一烷酸甲酯
4	C12:0	Methyl Laurate	十二烷酸甲酯
5	C13:0	Methyl Tridecanoate	十三烷酸甲酯
6	C14:0	Methyl Myristate	十四烷酸甲酯/肉豆蔻酸甲酯
7	C14:1	Methyl Myristoleate	十四碳烯酸甲酯(顺-9)/肉豆蔻烯酸甲酯
8	C14:1T	MethylMyristelaidate	十四碳烯酸甲酯(反-9)/反式肉豆蔻烯酸甲酯
9	C15:0	Methyl Pentadecanoate	十五烷酸甲酯
10	C15:1	Methyl 10-Pentadecenoate	十五碳烯酸甲酯(顺-10)
11	C15:1T	Methyl 10-Transpentadecenoate	十五碳烯酸甲酯(反-10)
12	C16:0	Methyl Palmitate	十六烷酸甲酯/棕榈酸甲酯
13	C16:1	Methyl Palmitoleate	十六碳烯酸甲酯(顺-9)/棕榈油酸甲酯
14	C16:1T	Methyl Palmite-laidate	十六碳烯酸甲酯(反-9)/反棕榈油酸甲酯
15	C17:0	Methyl Heptadecanoate	十七烷酸甲酯/珠光脂酸甲酯
16	C17:1	Methyl 10-Heptadecenoate	十七碳烯酸甲酯(顺-10)
17	C17:1T	Methyl 10-Transheptadecenoate	十七碳烯酸甲酯(顺-10)
18	C18:0	Methyl Stearate	十八烷酸甲酯/硬脂酸甲酯(
19	C18:1	Methyl Oleate	十八碳烯酸甲酯(顺-9)/油酸甲酯
20	C18:1	Methyl Petroselinate	十八碳烯酸甲酯(顺-6)/岩芹酸甲酯
21	C18:1T	Methyl Petroselaidate	十八碳烯酸甲酯(反-6)/反式岩芹酸甲酯
22	C18:1	Methyl Vaccenate	十八碳烯酸甲酯(顺-11)/异油酸甲酯
23	C18:1T	Methyl Transvaccenate	十八碳烯酸甲酯(反-11)/反异油酸甲酯
24	C18:1T	Methyl Elaidate	十八碳烯酸甲酯(反-9)/反油酸甲酯
25	C18:2	Methyl Linoleate	十八碳二烯酸甲酯(顺-9,12)/亚油酸甲酯
26	C18:2T	Methyl Linoelaidate	十八碳二烯酸甲酯(反-1,12)/反亚油酸甲酯
27	C19:1T	Methyl 10-Transnonadecenoate	十九碳烯酸甲酯(反-10)
28	C19:1T	Methyl 7-Transnonadecenoate	十九碳烯酸甲酯(反-7)
29	C20:0	Methyl Arachidate	二十烷酸甲酯/花生酸甲酯
30	C18:3	Methyl Gamma Linolenate	十八碳三烯酸甲酯(顺-6,9,12)/γ-亚麻酸甲酯
31	C20:1	Methyl 11-Eicosenoate	二十碳烯酸甲酯(顺-11)
32	C20:1T	Methyl Trans 11-Eicosenoate	二十碳烯酸甲酯(反-11)
33	C18:3	Methyl Alpha Linolenate	十八碳三烯酸甲酯(顺-9,12,15)/α-亚麻酸甲酯
34	C21:0	Methyl Heneicosanoate	二十一烷酸甲酯
35	C20:2	Methyl 11-14 Eicosadienoate	二十碳二烯酸甲酯(顺-11,14)
36	C22:0	Methyl Behenate	二十二烷酸甲酯/山俞酸甲酯
37	C20:3	Methyl Homogamma Linolenate	二十碳三烯酸甲酯(顺-8,11,14)/HOMO-γ-亚麻酸甲酯
38	C22:1	Methyl Erucate	二十二碳烯酸甲酯(顺-13)/芥酸甲酯(C22:1)
39	C22:1T	Methyl Brassidate	二十二碳烯酸甲酯(反-13)/巴惟酸甲酯
40	C20:3	Methyl 11-14-17 Eicosatrienoate	二十碳三烯酸甲酯(顺-11,14,17)
41	C20:4	Methyl Arachidonate	二十碳四烯酸甲酯(顺-5,8,11,14)/花生四烯酸甲酯
42	C23:0	Methyl Tricosanoate	二十三烷酸甲酯
43	C22:2	Methyl Docosadienoate	二十二碳二烯酸甲酯(顺-13,16)
44	C20:5	Methyl Eicosapentaenoate	二十碳五烯酸甲酯(顺-5,8,11,14,17)/EPA甲酯
45	C22:4	Methyl Docosatetraenoate	二十二碳四烯酸甲酯(顺-7,10,13,16)
46	C22:5n-3	Methyl Docosapentaenoate	二十二碳五烯酸甲酯(顺-7,10,13,16,19)/DPA甲酯
47	C22:5n-6	Methyl Docosapentaenoate	二十二碳五烯酸甲酯(顺-7,10,13,16,19)/DPA甲酯
48	C24:0	Methyl Lignocerate	二十四烷酸甲酯/木蜡酸甲酯
49	C24:1	Methyl Nervonoate	二十四碳烯酸甲酯(顺-15)/神经酸甲酯
50	C22:6	Methyl Docosahexaenoate	二十二碳六烯酸甲酯(顺-4,7,10,13,16,19)/DHA甲酯

文献解读

文章题目：Bacteria-derived long chain fatty acid exhibits antiinﬂammatory properties in colitis细菌衍生的长链脂肪酸显示出抗炎特性

Gut（IF：19.819）

主要研究内容：细菌长链脂肪酸(LCFA)在第三个碳，C18-3OH上羟基化，通过激活过氧化物酶体增殖因子激活受体(PPAR, h)进入上皮细胞，可以减少小鼠结肠炎。证明了LCFA-3OH在肠道菌群对宿主影响中的意义。

1. Rondanelli M, Faliva MA, Perna S, et al. Using probiotics in clinical practice: where are we now? A review of existing meta-analyses. Gut Microbes 2017;8:521–43.

中长链脂肪酸检测，首发于微基生物。

TMAO检测

luoyuanquan — Fri, 02 Jul 2021 07:50:19 +0000

氧化三甲胺及相关代谢物检测

氧化三甲胺（TMAO）是一种肠源性菌群代谢物，是心血管疾病和其他慢性疾病的潜在风险因子。生物体内的胆碱、左旋肉碱、甜菜碱等在肠道菌群的作用下转化为三甲胺后在肠道中被有效吸收，经三甲胺氧化酶的作用转化为氧化三甲胺，后经肾脏代谢随尿液排出。研究发现三甲胺N-氧化物（TMAO）可促进动脉粥样硬化的发病，与心血管事件风险相关。TMAO成为越来越多慢性疾病的危险因素，包括肾脏疾病、肥胖、二型糖尿病和癌症。可采用LC-MS的方法检测氧化三甲胺及相关代谢物的含量变化。

应用方向

氧化三甲胺及相关代谢物含量的测定有助于心脑血管疾病、冠心病、糖尿病等多种疾病的诊断。

样本类型

粪便、血液、组织、细胞等。

检测平台

仪器平台：LC-MS

检测种类

编号		英文名
1	氧化三甲胺	Trimetlylamine oxide
2	胆碱	Choline
3	甜菜碱	Betaine
4	肌酐	Creatinine
5	三甲胺	Trimethylamine
6	左旋肉碱	Carnitine

文献解读

文章题目：Gut microbial metabolite trimethylamine N-oxide aggravates GVHD by inducing M1 macrophage polarization in mice肠道微生物代谢物氧化三甲胺通过诱导小鼠M1巨噬细胞极化加重GVHD

Blood (IF: 16.562)

主要研究结果：肠道微生物代谢产物TMAO通过NLRP3依赖的机制诱导M1巨噬细胞的极化，进而增强Th1和Th17的分化，加重了小鼠GVHD的严重程度和死亡率。文章揭示出宿主胆碱饮食、微生物代谢产物和GVHD之间的联系，提示通过控制胆碱饮食或是减轻GVHD的有效策略。

Wu KP, et al. Gut microbial metabolite trimethylamine N-oxide aggravates GVHD by inducing M1 macrophage polarization in mice. Blood 2020, doi:10.1182/blood.2019003990

TMAO检测，首发于微基生物。

非靶向代谢组

luoyuanquan — Thu, 21 May 2020 08:26:44 +0000

非靶向代谢组学是将生物体所有内源性代谢物作为研究目标（广筛），重点在于比较实验组和对照组，发现寻找其种具有显著变化的代谢物质（差异代谢物），并构建代谢通路以解释代谢物于该生命体的关联

实验方法

结果展示

正离子模式下总离子流图（TIC）

负离子模式下总离子流图（TIC）

Annotation	RI	mz	rt	rtmins	KEGG	B10	B11
Pyruvic acid	1052.7	174.0932035	425.617	7.093616667	C00022	0.3565036	0.056507411
Lactic acid	1064.7	117.0999985	436.85	7.280833333	C00186	4.747036327	3.344078952
Glycolic acid	1078.8	177.1000061	449.6945	7.494908333	C00160	1.326885339	0.527382498
Alanine	1107.6	116.1432731	476.326	7.938766667	C00041	3.028170541	3.084627979
Oxalic acid	1136	190.1000061	502.318	8.371966667	C00209	0.194537206	0.091481498
Heptanoic acid	1177.8	144.1581335	539.863	8.997716667	C17714	0.115500201	0.128741438
2-Aminobutyric acid	1178.3	130.1487871	540.51	9.0085	C02356	0.364989578	0.079262412
Methylmalonic acid	1203	247.0898469	562.6535	9.377558333	C02170	0.035611705	0.005913077
Valine	1223.2	144.1828377	579.983	9.666383333	C00183	1.50831138	0.379191532
4-Hydroxybutanoic acid	1239.1	117.0711577	593.143	9.885716667	C01770	0.146412544	0.086628849
Urea	1246.4	189.1000061	599.877	9.99795	C00086	0.07279439	0.009963712
Benzoic acid	1252.1	179.0967188	604.696	10.07826667	C00180	0.757627476	1.088216438
1,3-Di-Tert-Butylbenzene	1261.3	175.1661048	612.737	10.21228333	NA	0.934027453	0.03662111
Ethanolamine	1275.3	174.1877773	624.2735	10.40455833	C00189	6.510647873	1.843890014
Leucine	1279.6	158.1784614	628.416	10.4736	C00123	0.941304245	0.363700099
Glycerol	1283.5	205.1000061	632.9085	10.548475	C00116	18.67529482	22.50317805
Phosphoric acid	1284	299.1000061	633.189	10.55315	C00009	536.4761026	661.2377331
Proline	1306.1	142.1501043	650.863	10.84771667	C00148	0.322801402	0.080096555
Glycine	1316.6	174.1862447	658.924	10.98206667	C00037	16.92097907	17.66554668
Succinic acid	1316.9	247.1574299	659.2495	10.98749167	C00042	0.723656144	0.531405997
Glyceric acid	1341	292.1895564	678.819	11.31365	C00258	0.793085658	0.10722067
Uracil	1347.4	241.1000061	683.955	11.39925	C00106	0.740366515	0.203055317
Fumaric acid	1349.6	245.1000061	685.522	11.42536667	C00122	0.490779555	0.201807865
Nonanoic acid	1362.1	215.1775755	695.503	11.59171667	C01601	0.071946663	0.060307398
Serine	1370.9	204.1952103	702.576	11.7096	C00065	4.056129365	3.551741534

正模式下样品中代谢物鉴定结果

代谢物分类图

PCA得分图

差异代谢物热图

代谢通路影响因子图

参考文献

1 植物代谢组学的典型，研究以质谱为基础，进行了一些了的整合分析。Bais P., et al. 2012. Plantmetabolomics.org: mass spectrometry-based Arabidopsis metabolomics- database and tools update. Nucleic Acids Res. 2012 Jan;40(Database issue):D1216-20. doi: 10.1093/nar/gkr969. Epub 2011 Nov 10.

2 非靶向代谢组学的实际案例，文章使用气相色谱/质谱代谢组学平台。Tsugawa H., et al. 2011. Practical non-targeted gas chromatography/mass spectrometry- based metabolomics platform for metabolic phenotype analysis. J Biosci Bioeng. 2011 Sep;112(3):292-8. doi: 10.1016/j.jbiosc.2011.05.001. Epub 2011 Jun 8.

非靶向代谢组，首发于微基生物。

靶向代谢组

luoyuanquan — Thu, 21 May 2020 08:13:11 +0000

靶向代谢组学是对特定的代谢物群进行检测与分析。分析时加入了标准品的定量分析，用以对特定代谢物绝对浓度的定量检测。常规分析法有气质联用（GC-MS）和液质联用（LC-MS），我们优先利用LC-MS的方法进行代谢组分析[1]，然后通过与相同分析条件下标准品的分析结果进行比对，最终完成目标代谢群定性和定量的分析。

针对不同靶向检测物，我们制备了多种标准品，可对胆汁酸、短链脂肪酸、TMAO及相关代谢物、氨基酸、脂肪酸、有机酸、黄酮类、植物激素、神经递质等进行靶向检测。

实验方法

结果展示

校准曲线和质量控制偏差

所有单个胆汁酸的提取离子色谱（EIC、全谱）

	HS1B	HS2B	HS3B	HS1C	HS2C	HS3C
TUDCA	3.76	3.7	2.96	4.5	4.42	3.26
TLCA	0.335	0.338	0.361	0.233	0.185	0.166
GHDCA	43.2	41.3	41	56.1	50.2	40.7
λ-GMCA	2.46	2.49	2.69	3.25	3.06	3.08
β-MCA	0.545	0.661	0.142	0.112	0.156	0.0744
DLCA	0.616	0.439	0.417	0.2	0.154	0.0961
NCA	3.04	2.68	2.61	3.56	3.35	3.17
7-KDCA	1.39	1.42	1.34	1.44	1.67	1.35
NDCA	0.195	0.261	0.162	0.409	0.302	0.315
GLCA	1.69	1.39	1.43	1.33	1.16	1.2
β-HDCA	0.817	1.22	1.17	0.672	0.37	0.192
UDCA	30	27.7	29.2	32	28	24.1
CDCA	69	64.4	71.1	89.5	83.8	67.4
DCA	32.4	29.3	30.2	35.6	34.8	27.3
THDCA	2.61	1.75	1.17	3.81	2.5	2.04
TDCA	10.2	9.23	8.99	12.8	10.7	10.1
GUDCA	8.37	6.75	7.05	10.9	8.79	7.6
GCDCA	285	260	256	364	314	267
GDCA	48	47.1	50.3	63.8	54.2	44.3
GCA	129	118	125	142	137	135
UCA	0.917	0.592	0.864	1.18	1.15	1.07
3β-CA	1.78	2.22	0.923	1.56	1.43	1.32
α-MCA	0.214	0.607	0.245	0.152	0.127	0.193
λ-MCA	2.08	2.19	2.16	3.93	3.34	2.61
CA	83.3	56.4	52.5	54	51.9	46
ALCA	0.434	1.05	0.654	0.587	0.677	0.637
ω-TMCA	0.463	0.434	0.4	0.795	0.435	0.542
TCA	27	26	24.6	35.2	30.5	27.4
7-KLCA	2.16	2.2	2.49	1.5	1.9	1.38
APCA	0.475	0.604	0.432	0.416	0.613	0.294
3-DHCA	0.491	0.336	0.525	0.491	0.336	0.525
12-DHCA	8.77	8.87	8.47	9.67	12.6	8.19
TCDCA	60.24	59.3	57.33	36.45	35.65	39.22

胆汁酸检测结果

代谢物通路分析

参考文献

1 在基于LC-MS的整体代谢组分析过程中，我们所遇到的问题、局限、优势和未来展望。 Gika H.G., et al. 2014. LC-MS-based holistic metabolic profiling. Problems, limitations, advantages, and future perspectives. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci. 2014 Sep 1;966:1-6. doi: 10.1016/j.jchromb.2014.01.054. Epub 2014 Feb 8.

2 代谢组学在人体肠道微生态研究中的机遇和挑战。Smirnov K.S., et al. 2016. Challenges of metabolomics in human gut microbiota research. Int J Med Microbiol. 2016 Aug;306(5):266-279. doi: 10.1016/j.ijmm.2016.03.006. Epub 2016 Mar 15.

靶向代谢组，首发于微基生物。