非靶向代谢组学

技术简介

非靶向代谢组学（Untargeted Metabolomics）通过液质联用/气质联用（LC-MS/GC-MS）方法对生物体受到外界刺激、病理生理变化以及本身基因突变产生的大量代谢产物进行定性定量，寻找差异表达代谢物，进而研究这些代谢物与生理病理变化的关系。

技术原理

大部分代谢物在色谱上具有较好的保留行为，通过色谱的方法可以将复杂样本中不同理化性质的代谢物进行分离，然后实时进行高分辨质谱扫描分析。通过代谢物的精确质荷比或碎裂后的离子化碎片的质荷比信息确定待测物分子量并推测可能的分子式，得到定性结果，然后通过代谢物的质谱峰强度面积进行定量分析。

技术特点

高通量、全扫描，检测所有小分子代谢物

高分辨率、高灵敏度，鉴定化合物准确度高

技术路线

送样建议：

（1）样本量要求：

血清/血浆：200 μL/sample

尿液：1mL/sample

动物组织：200 mg/sample

粪便/肠道内容：200 mg/sample

植物组织：1-2 g/sample

菌体/细胞：1-5 x 10^7 cells/sample

培养液：1 mL/sample

（2）生物学重复：

植物和微生物：建议8个以上，不低于6个

动物：建议12个以上，不低于8个

临床样品：建议100个以上，不低于30个

案例分析

不同重金属暴露情景下血清心血管相关代谢紊乱^[1]

研究背景

大气颗粒物中重金属（如镍、镉）对人类健康构成重大威胁，已被确定为癌症和非癌症疾病（如心血管疾病、代谢疾病）的危险因素。已有对PM2.5暴露相关的代谢紊乱研究，但目前仍不清楚PM2.5是如何引起代谢紊乱的，PM2.5结合重金属对代谢产物干扰的可能机制也不清晰。

研究目的

为更好地了解PM2.5中重金属的早期健康影响及其潜在机制，采用代谢组学技术鉴定不同暴露情景下32名健康年轻人血清心血管相关代谢物，分析影响主要通路，采用健康风险评估模型对大气重金属的非致癌性和致癌性风险进行了评估。

研究结果

短暂接触重金属的健康青年与血清心血管相关代谢物紊乱有关，包括SM（d18:1/17:0）和鞘磷脂增加，GlcCer（d16:1/18:0）和半乳糖神经酰胺降低，同时伴有鞘脂代谢途径的激活。重金属的增加可能通过激活鞘脂代谢途径引起心血管相关代谢物紊乱，从而增加健康风险。

图1 重金属暴露对心血管相关早期健康影响的潜在机制

参考文献

[1] Liu F, Chen X, Liu Y, et al. Serum cardiovascular-related metabolites disturbance exposed to different heavy metal exposure scenarios[J]. Journal of Hazardous Materials, 2021(354-362):125590.