ClinMS-Plat RI质谱仪用于血清代谢组与脂质组高通量MALDI-TOF检测

代谢组和脂质组位于基因调控网络和蛋白作用网络的下游，是生物体内源性代谢物质的动态整体，能够反映基因组和蛋白质组变化引起的共同“终点”，提供生物学终端信息，反映生物表型变化、生理和病理情况，更灵敏地预测疾病进展。目前基于代谢组和脂质组的特征指纹谱图进行新型疾病标志物挖掘和AI大队列模型构建与预测，是现代组学研究和临床医学的重要发展方向。

ClinMS-Plat RI是国内首台商业化桌面式反射高分辨MALDI-TOF质谱仪，结合配套的微纳质谱芯片、组学分析软件，构成了国内首个实现免基质-代谢组学应用的质谱平台，解决了国产MALDI质谱仪在小分子代谢组科研及临床应用领域的“仪器性能不匹配+基质体系不匹配”的两大挑战，具有高性能、高性价比、易操作、维护成本低等优势，尤其可以为临床组学研究提供高通量小分子代谢组研究、高通量高覆盖率脂质组学检测、特殊脂质高灵敏质谱检测、纳米整合组学研究等多种解决方案。本案例基于ClinMS-Plat RI、MetArray^TM微纳质谱芯片及组学分析软件进行血清代谢组和脂质组的多组学测试，并将其应用于健康人群与肾病患者的无创诊断判别。

1. 仪器、软件与试剂

（1）仪器：ClinMS-Plat RI反射高分辨MALDI-TOF质谱仪、国际品牌MALDI-TOF质谱仪（反射模式）

（2）试剂与样品：血清样本46例，包含26例肾病患病组与20例对照组（样本来自业务合作伙伴）；MetArray^TM微纳质谱芯片；代谢小分子预处理试剂盒；脂质预处理试剂盒

（3）分析软件：HJ Cloud^®大数据平台、ClinChip MS Analyzer组学分析软件、Omics AI组学大数据智能分析平台

2. 实验流程

（1）样本预处理： 

血清脂质的提取利用脂质预处理试剂盒进行。在96孔PCR板中进行脂质高通量提取，整体过程仅需1h。在MetArray^TM微纳质谱芯片上进行自动点样，室温干燥后，送入质谱仪中进行检测。

血清代谢的提取利用代谢小分子预处理试剂盒进行。在96孔PCR板中进行代谢小分子高通量提取，整体过程仅需0.5h。在MetArray^TM微纳质谱芯片上进行自动点样，室温干燥后，送入质谱仪中进行检测。

（2）样本检测： 

质谱采集测定模式为反射模式，血清代谢组的检测分子量范围为50–400 m/z，血清脂质组的检测分子量范围为400–1000 m/z。在代谢指纹谱图和脂质指纹谱图中，均以 1000次激光脉冲的平均信号作为该样品点的检测结果。

（3）实验质控：

在测试过程中添加质控样本与临床样本同时预处理与检测，通过在ClinMS-Plat RI反射高分辨MALDI-TOF质谱仪中内置的质控库系统对质控品的性能进行评估，一方面用于仪器参数调试，另一方面对实验流程稳定性进行评价，实现良好的质量控制。

（4）数据分析： 

利用HJ Cloud^®大数据平台进行数据的预处理，包括对齐、平滑、寻峰等。在Omics AI组学大数据智能分析平台和ClinChip MS Analyzer组学分析软件中对寻峰列表进行统计学分析如层次聚类（HCL）、主成分分析（PCA）等，比较患病组和对照组的差异，并设定P值和FC阈值找出差异特征分子。

图1.实验流程示意图。

图2.ClinMS-Plat RI与国际品牌MALDI-TOF上血清质控品的代表谱图。A) 国际品牌MALDI-TOF代谢区代表谱图；B) 国际品牌MALDI-TOF脂质区代表谱图；C）ClinMS-Plat RI代谢区代表谱图；D）ClinMS-Plat RI脂质区代表谱图。

表1.ClinMS-Plat RI与国际品牌MALDI-TOF反射模式实测样本性能参数比较。

2. 基于血清双组学的健康人群与肾病人群的判别

单组学与多组学的层次聚类（HCL）、主成分分析（PCA）分别见图3、图4。HCL图可见，无论在ClinMS-Plat RI还是国际品牌MALDI-TOF上进行单组学分析时，均存在个别样本聚类错误的情况，但多组学联合分析时，所有样本均可正确分类到患病组和对照组。PCA图可见，代谢组学和脂质组可以基本区分患病组和对照组，联合多组学分析时，两组的区分有了明显的提升。以上结果显示多组学分析能够提升质谱组学在疾病判别中的性能，且ClinMS-Plat RI的质谱组学分析能力不亚于对标国际品牌MALDI-TOF。

图3.单组学与多组学的HCL比较图。

图4.单组学与多组学的PCA比较图。

采用wilcox检验，我们筛选出在患病组和对照组具有显著性差异的特征分子，差异特征分子的小提琴图见图5。在代谢区可筛选出一系列脂肪酸，在反射负离子脂质区可筛选出一系列LPE，在反射正离子脂质区可筛选出一系列LPC。且所有筛选出的特征分子在两台仪器上具有相同的变化趋势。该结果表明，差异特征分子仅与组别相关，而与仪器平台无关，ClinMS-Plat RI的代谢和脂质组特征筛选能力与国际品牌MALDI-TOF处于同等水平。

图5. 差异特征分子的小提琴图。

在ClinMS-Plat RI上检测血清代谢组与脂质组，并与国际品牌MALDI-TOF质谱仪平行检测结果进行比较，两台仪器上检测结论重现性好。从实测性能参数比较，两台仪器性能相当。且基于ClinMS-Plat RI+MetArray^TM微纳质谱芯片可以获得高质量代谢、脂质指纹谱图，结合组学分析软件不仅可以找到指向性的差异代谢物种类，而且可以进行多组学联合分析，提高基于指纹谱图在疾病中的无创诊断效能，具有广阔的临床应用前景。

汇健科技基于ClinMS-Plat RI反射高分辨MALDI-TOF质谱仪与微纳质谱芯片、组学分析软件构建的MS Lab on a Chip系统，为用户提供了快速、稳定、易于操作的临床组学研究与应用工具，更有望帮助临床科研用户实现From discovery to real application以及From bench to bed的同平台高质量临床转化。

以上试剂、耗材、ClinMS-Plat RI反射高分辨MALDI-TOF质谱仪及软件均为汇健科技开发产品，详细订购信息如下：

如果您有意开展组学研究，或者想咨询相关产品信息，欢迎来电咨询和洽谈合作。

业务合作：400-8803-220，sales@well-healthcare.com