代謝組學主要是對生物體受到內部(基因)或外部(飲食、環境等)刺激后所發生生物響應進行綜合分析的研究工具,代謝組學的研究按照研究目的的不同可分為靶向代謝組學和非靶向代謝組學。

靶向代謝組學主要是涉及已知代謝物的多重分析,包括使用標準品進行待測物質的絕對定性定量分析;同時使用同位素內標來提高檢測的靈敏度和增強物質定性定量的準確性,減少假陽性的發生。其不足在于物質的覆蓋率有限。

而非靶向代謝組學是盡可能多的采集物質的信息,具有較為廣泛的物質覆蓋率。但由于缺乏標準品,可能會產生很多假陽性的信號(LC-MS平臺尤為顯著),缺乏對物質的絕對定性定量數據(NMR平臺除外)。

小編今天以LC-MS平臺為例用數據和大家一起分享一下靶向和非靶向代謝組學各自的特點及區別,幫助我們更深入的了解靶向代謝組學和非靶向代謝組學。

首先使用超高壓液相色譜串聯質譜(UPLC-MS/MS)和流動注射串聯質譜(FI-MS/MS)靶向分析了NIST血漿中的代謝物,與NIST血漿數據庫進行比對,評估方法的精確度。非靶向的分析方法是通過UPLC-Orbitrap-MS/MS分析不同的生物樣本,并對不同的電離模式和固定相的進行比較分析,篩選適合靶向分析的最優方法組合。最后,我們對靶向和非靶向代謝組的方法所檢測到的物質的精確度進行評價,分析每種方法的特點和區別。

研究方法

1. 靶向分析方法性能

首先使用QqQHILIC和QqQFI對NIST血漿靶向分析181種代謝物,通過與NIST血漿中的參考濃度值評估方法的精確度(通過計算RSD進行評估)。與NIST SRM 1950血漿的參考值相比,QqQHILIC的靶向分析的物質RSD平均為7.8%,通過QqQFI靶向分析的物質RSD平均為10.9%(圖1)。說明從精密度層面來說,QqQHILIC和QqQFI都比較適合做靶向代謝組學分析,實際應用中由于QqQHILIC連有色譜柱,可以對物質實現預分離,在實驗操作和數據分析過程都較QqQFI簡單和方便,所以實際應用過程中一般選用QqQHILIC做靶向代謝組學的分析。

2. 非靶向分析方法性能

非靶向代謝組學主要是通過UPLC-Orbitrap-MS/MS分析了三種不同類型的樣本(魚肝臟、魚腦、NIST血漿),并對不同的電離模式(ESI+和ESI-)及固定相(HILIC和C18)的進行比較分析。研究發現,在不同電離模式下,ESI+比ESI-得到的特征離子數量多,大約多133-145%,突出表明ESI+電離模式對物質的覆蓋率較大。在不同的固定相之間,發現HILIC比C18可產生更多的離子特征,多104-236%,表明HILIC對物質的覆蓋率較大。綜合電離模式和固定相進行分析,發現ESI+和 HILIC的組合分析將產生最大數量的色譜特征。

最后,通過對生物樣品(NIST血漿、魚肝臟、魚腦)進行技術重復和批次間的驗證實驗,比較了非靶向和靶向兩種分析方法檢測物質的精確度。首先分別使用QqQHILIC和OrbiHILIC對樣本進行分析,無論是進行技術重復還是批次間樣本的分析,與OrbiHILIC相比,均發現幾乎所有的物質在QqQHILIC中精確度更高(表1)。其次使用QqQFI和OrbiC18+比較了樣本中脂類物質的精確度,發現在技術重復和批次間樣本進行分析時,與OrbiC18+相比,QqQFI具有更小的RSD,更適合于脂質的分析。

通過對靶向代謝組和非靶向代謝組方法的評價和比較,發現靶向方法(QqQHILIC和QqQFI)具有比非靶向(Orbitrap)更高的精確度。如果有明確關注的物質,那么非常適合靶向代謝組的分析方法,其中QqQHILIC更適合非脂質類物質的分析,QqQFI更適合于脂質的分析。如果想得到更多的物質信息,那么可選擇非靶向的分析方法,其中ESI+與HILIC結合的方式,可使檢測的物質信息的覆蓋率最廣。


     小編觀點

靶向代謝組和非靶向代謝組各有各的優勢和特點。靶向代謝組定性定量準確,但對物質的覆蓋率有限。而非靶對物質的覆蓋率廣泛,但缺乏絕對定性定量的數據。因此,如果想關注更多的物質信息,適合選擇非靶向的代謝組學的方法,相信隨著非靶向數據處理軟件的改進,可以提高非靶向分析的精度及定性定量的準確度。如果想得到絕對定量定量的數據,除了靶向代謝組的方法之外,還可以選擇核磁(NMR)進行分析,安隆科訊擁有的專利目標性分析法,可針對340種水溶性初生代謝物做到絕對定性定量的分析,并且基于NMR平臺的穩定性高達98%,可以對樣本進行長期的跨時間段的分析,非常適合生物樣本的分析。 


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