代谢利用

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代谢利用相关的耗材

  • Met-Si Array® 代谢质谱芯片
    【产品介绍】Met-Si Array® 质谱芯片专为代谢小分子质谱检测设计,匹配高通量MALDI质谱仪使用,可快速高灵敏度地检测唾液、尿液等生物液体中的代谢分子,操作简单且谱图重现性强,性能远优于DHB、CHCA等常规MALDI基质。【产品优势】强吸附力,抗盐性好 | 孔均一稳定,平整性高,谱图重现性好 | 尺寸精确可控,孔径、孔间距可个性化定制 | 免基质,质谱检测灵敏度和稳定性高【产品应用】配合MALDI-TOF质谱仪获取多元样本代谢组和目标代谢分子定性和定量信息,用于进一步代谢分析,适合临床样本的快速高通量检测和生物标志物的发现验证。
  • 呋喃它酮代谢物残留化学发光检测试剂盒
    呋喃它酮代谢物(AMOZ)检测试剂 盒(化学发光免疫分析法)使用说明书【产品名称】 呋喃它酮代谢物检测试剂盒(化学发光免疫分析法) 【包装规格】 100T/盒 【概述】 硝基呋喃类药物因有非常好的抗菌作用和药动力学的特性, 曾被广泛应用,作为禽类、水产和猪促生长的添加剂。但在长时 间的实验研究过程中发现,硝基呋喃类药物和代谢物均可以使实 验动物发生癌变和基因突变,正因为如此才导致此类药物禁止在 治疗和饲料中使用。 由于硝基呋喃类药物在体内很快就能被代谢,而在组织中结 合的代谢产物则能存留较长的一段时间,所以在分析此类药物的 残留时经常要分析其代谢后的产物,管理部门就以检测代谢产物 为手段达到检测硝基呋喃类残留的目的。呋喃唑酮代谢产物 AOZ; 呋喃它酮代谢产物 AMOZ;呋喃妥因代谢产物 AHD;硝基糠腙 (呋喃西林)代谢产物 SEM。 【检测原理】 试剂盒采用竞争法进行检测,温育结束后,加磁场沉淀,去 掉上清液,用清洗液清洗沉淀复合物,并吸干废液,除去未与磁 性微粒结合的物质,再将反应杯送入测量室中。仪器自动泵入两 种激发液,使复合物产生化学发光信号,通过光电倍增器测量发 光强度。仪器自动通过工作曲线计算得出检测结果。 【适用范围】 可定性、定量检测组织样品中呋喃它酮代谢物的残留量。 【检测方法】 1.试剂盒为即用型,不能分开使用。 2.使用本试剂盒前请仔细阅读试剂说明书以及全自动化学发光 免疫分析仪的使用说明书,按照相关要求进行测定操作。试剂使 用时,测定仪会自动搅拌磁性微粒,使其处于悬浮状态,如果想 快速进行检测,上机前请手动摇匀磁性微粒。试剂的相关信息可 以自动读取,一次读取相关信息即存入测定仪器,不需反复读取。 3.定标:通过测定高、低值校准品,将预先定义的主曲线上的每 个定标点调整(重新定标)为一个新的、仪器特异的测量水平, 即工作曲线。 4.定标频率:每天进行一次定标,更换不同批号试剂或者激发液 需要重新定标。 【注意事项】 1.使用前请详细阅读说明书,并将试剂水平摇匀。 2.请按照储存方法保存试剂,避免冷冻,冷冻后的试剂质量会发 生变化,请勿使用。 3.避免试剂接触皮肤、眼睛和粘膜,一旦接触,应立即用清水冲 洗接触部位。 4.不同试剂盒中各组分不能互换。 【储存条件及有效期】 1.试剂盒于 2~8℃避光未拆封状态下竖直保存,禁止冷冻。 2.有效期为 12 个月,在 2~8℃环境下保存时,稳定性可持续至所 标示的日期;开瓶后低温避光(2~8℃)可保存 1 个月。
  • Corning 人肝微粒体,药物代谢研究, 0.5ml
    Microsome HuLiver 150DonorPool首个商业化的大的捐献者库,包括150个捐献者。控制主要酶活性的批间一致性。适用于药物代谢研究。

代谢利用相关的仪器

  • 代谢组学指对某一生物、组织或细胞在一特定生理时期内形成的各种代谢产物进行全面定性和定量分析的一系列技术,主要研究的是各种代谢途径的底物和产物的小分子代谢物(通常MW<1000),近年来在食品及医药领域都有广泛的应用,如可用于改善食品口味和品质、开发功能保健食品、判别食品真伪及对食品进行质量控制,对血液、细胞和尿液的代谢物进行分析可以阐明生理和病理机制、发现先天性代谢缺陷或癌症的标志物等。代谢组学样品尤其是生物样品通常含有大量的干扰物质,如何从大量检出组分中快速确定哪些化合物是目标分析的关键物质以及如何准确排除干扰组分检测到痕量代谢物是目前研究工作者所面临的挑战。岛津一直致力于为代谢组学研究工作开发配套解决方案,数年前就推出了针对性的专业数据库,并不断进行更新和升级,今年该数据库再一次进行了强有力的扩充和升级,与此同时岛津积极与国内客户开展合作进一步扩充数据库。代谢物数据库包含代谢物组分的各种信息,是代谢物分析的有力手段。Smart Metabolites Database Ver.2化合物数量扩增至600多种,新增植物次生代谢物,如功能性成分儿茶素和绿原酸等代谢物信息,同时提供氨基酸、脂肪酸和糖的专用分析方法,扩展了数据库的适用范围。&bull 自动创建代谢物检测高灵敏度MRM分析方法Scan方法是代谢物分析的传统方式,但是对于痕量组分尤其是代谢物有重叠或是有污染物干扰时灵敏度往往无法满足要求。代谢物数据库包含优化后的MRM分析条件,同时结合AART保留时间校准功能,无需标准品即可轻松创建高灵敏度和高选择性的MRM方法进行代谢物泛靶向分析,即使是痕量组分也能准确定性和定量。&bull 省时、省力代谢物数据库包含600多种化合物信息,适用于各种样品分析,但与此同时数据分析时间也随着可分析化合物种类的增多而延长。为了更好的满足用户需求,新版数据库增加过滤功能,根据不同的样品的类型(植物、动物、血液、尿液、细胞),允许用户只选择和分析给定样品中可能被检测到的代谢物,从而大大节省分析过程中的时间和劳动力。&bull 提供“即时可用”的糖定量分析方法代谢组学分析中常用甲氧肟-TMS衍生化法,但是还原糖会产生多种几何异构体,在色谱上难以实现分离。数据库增加新的糖衍生化方法实现糖的选择性检测,同时包含24种主要糖分析所需的化合物信息和校准曲线信息,无需标准品即可轻松获得糖的半定量结果。&bull 食品代谢组学分析完整解决方案基于新版代谢物数据提供GC/MS食品代谢组学分析从样本制备到多变量分析的完整支持。数据库包含的“代谢组学手册”全方位说明从样品制备到多变量分析的每个步骤,即使是初学者也可以根据手册轻松应对。应用实例——番茄品种间的多变量分析利用Smart Metabolites Database Ver.2 对4种不同番茄的代谢物进行分析,然后利用多组学方法包,观察不同品种之间的差异。从分析结果可以看出,与其它番茄品种相比,A品种含有大量的氨基酸,C品种则含有大量的糖。同时利用糖的专用分析方法对不同番茄品种的糖代谢物进行半定量分析,从而确证每个品种间存在差异。
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  • 安捷伦Seahorse XFp 细胞能量代谢分析仪简介:安捷伦Seahorse XFp 分析仪在 8 孔微孔板中检测活细胞的 OCR 和 ECAR。快速简化设置使得 XFp 分析仪成为进行体外和其它有限量样品中代谢表型常规测试的理想工具。相关资料下载请点击:http://www.instrument.com.cn/netshow/SH104076/download.htm安捷伦Seahorse XFp 细胞能量代谢分析仪特性:1、样品量需求少,适用于珍贵样品 - XFp 分析仪是适用于研究少量细胞数或每天只分析少量样品的研究人员的性价比最高的解决方案。2、实时结果 - 该整合系统可在几分钟内报告代谢率,而无需样品提取或标记。 该仪器可立即测定并计算速率,完成整个分析只需一、两个小时。数据可轻松传输至 3、Seahorse Wave 分析软件,或导出至常用电子表格和作图程序。3、快速周转时间 - 8 孔板式微孔板形式可简化分析设置。 自定义报告生成器帮助并标准化关键分析的输出,同时实现灵活支持不同的实验方案。4、活细胞响应 - 实时检测底物,抑制剂和其它化合物的响应,其通过 4 接口进样系统进样并具备自动混合功能。5、高灵敏度 - 可分析每孔仅 5000 个细胞或是每组 15000 个细胞。 细胞数目需求根据细胞类型所不同;请参考细胞参考数据库了解详细信息。6、拥有精密控温加热托盘,可维持 16-40℃(最低至室温上 8℃),因此兼容多种样品来源。7、采用Seahorse XF 细胞能量表型测试可在一小时内生成一种代谢表型8、采用 Seahorse XFp 细胞线粒体压力测试试剂盒和报告生成器测定线粒体功能。9、利用 Seahorse XF 糖酵解速率分析法分析活细胞内的糖酵解速率10、采用 Seahorse XF 线粒体燃料灵活性测试试剂盒和报告生成器快速检测细胞能量生成对葡萄糖、谷氨酰胺或脂肪酸的依赖性。仅限研究使用。不可用于诊断目的。
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  • 安捷伦Seahorse XFp 细胞能量代谢分析仪简介:安捷伦Seahorse XFp 分析仪在 8 孔微孔板中检测活细胞的 OCR 和 ECAR。快速简化设置使得 XFp 分析仪成为进行体外和其它有限量样品中代谢表型常规测试的理想工具。 安捷伦Seahorse XFp 细胞能量代谢分析仪特性:1、样品量需求少,适用于珍贵样品 - XFp 分析仪是适用于研究少量细胞数或每天只分析少量样品的研究人员的性价比最高的解决方案。2、实时结果 - 该整合系统可在几分钟内报告代谢率,而无需样品提取或标记。 该仪器可立即测定并计算速率,完成整个分析只需一、两个小时。数据可轻松传输至 3、Seahorse Wave 分析软件,或导出至常用电子表格和作图程序。3、快速周转时间 - 8 孔板式微孔板形式可简化分析设置。 自定义报告生成器帮助并标准化关键分析的输出,同时实现灵活支持不同的实验方案。4、活细胞响应 - 实时检测底物,抑制剂和其它化合物的响应,其通过 4 接口进样系统进样并具备自动混合功能。5、高灵敏度 - 可分析每孔仅 5000 个细胞或是每组 15000 个细胞。 细胞数目需求根据细胞类型所不同;请参考细胞参考数据库了解详细信息。6、拥有精密控温加热托盘,可维持 16-40℃(最低至室温上 8℃),因此兼容多种样品来源。7、采用Seahorse XF 细胞能量表型测试可在一小时内生成一种代谢表型8、采用 Seahorse XFp 细胞线粒体压力测试试剂盒和报告生成器测定线粒体功能。9、利用 Seahorse XF 糖酵解速率分析法分析活细胞内的糖酵解速率10、采用 Seahorse XF 线粒体燃料灵活性测试试剂盒和报告生成器快速检测细胞能量生成对葡萄糖、谷氨酰胺或脂肪酸的依赖性。仅限研究使用。不可用于诊断目的。
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代谢利用相关的方案

  • 利用酶标仪测量细胞代谢
    代谢是所有细胞反应的基础,因此也是细胞生物学的核心功能性测量。利用一系列与荧光酶标仪兼容的代谢探针,安捷伦为体外细胞代谢分析提供了全套解决方案。本文展示的应用是利用这些解决方案分析细胞代谢和功能的实例。
  • 利用等温微量热仪研究食品微生物的代谢能量
    近年来已有越来越多利用微量热仪器研究食品相关课题发表,包含天然物的分离纯化、食品加工程序优化、食品添加剂、食品污染及毒性评估等。基于仪器的高灵敏度及能够量测活体生物生长代谢能量的优点,已有许多研究植物细胞、动物细胞或微生物(细菌、真菌、病毒等)相关文献发表在不同领域。本短文乃是基于生长代谢能量之量测,在食品加工上的应用简介。
  • 利用1H-NMR在代谢组学研究中进行生物流体样本的质量评价
    代谢组学研究中标准化的样本处理与加工是获得准确结果的关键。本文阐述了如何利用标准化核磁共振(NMR)技术(例如,基于布鲁克-AvanceIVDr平台)对不同的样本处理方法进行评估,从而对上述观点加以证实。因此,标准化1H-NMR是一种快速、可靠的生物流体样本细微变化监测方法。代谢组学分析可测量样本中的所有小分子,包括基质、中间代谢物和代谢的最终产物。因此,它可以提供样本采集时身体功能和状态的完整画面。它还能提供有关疾病诊断、预后、治疗监测以及身体对饮食或环境变化的反应的重要信息。在代谢组学研究中,可以使用任何生物流体,但血液和尿液最为常用,这是因为它们最容易获得。血液和尿液代谢组能反映出被研究的整个生物体的代谢状态,因此会受到健康、疾病和饮食状况的影响。代谢谱分析通常使用核磁共振(NMR)或色谱质谱(LC-MS或GC-MS)来实现。尽管质谱法具有更高的灵敏度,但得益于样本制备、测量和处理的标准化,NMR法更易于操作,且样本制备量最少,重现性高1。由于样本中代谢物的性质和浓度将构成研究结论的基础,因此所分析的化学成分必须准确反映出样本采集时的状态。工作流程的差异可能会影响所获得的结果,从而增加出现实验室间差异的可能性。因此,准确了解样本处理与加工中的偏差会对代谢曲线产生怎样的影响,以确保高准确度和可重复性分析是非常重要的。

代谢利用相关的论坛

  • 【分享】代谢组学研究简介

    代谢组学研究代谢组学(metabonomics/metabolomics)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,对生物体内所有代谢物进行定量分析,并寻找代谢物与生理病理变化的相对关系的研究方式,是系统生物学的组成部分。基因组学和蛋白质组学分别从基因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发生在代谢物层面的,如细胞信号释放(cell signaling),能量传递,细胞间通信等都是受代谢物调控的。代谢组学正是研究代谢组(metabolome)——在某一时刻细胞内所有代谢物的集合——的一门学科。其研究对象大都是相对分子质量1000以内的小分子物质。先进分析检测技术结合模式识别和专家系统等计算分析方法是代谢组学研究的基本方法。化学分析技术中最常用的是^1H核磁共振(^1HNMR)以及色谱(毛细管电泳)-质谱联用(X—MS)。代谢组学属于全局系统生物学(Global systems biology)研究方法,便于对复杂体系的整体进行认识.譬如,一个正常工作的人体包括“人体”本身和与之共同进化而来且共生的消化道微生物群体(或称菌群),孤立地研究“人体”本身的基因,转录子以及蛋白质当然可以为人们认识人体生物学提供重要信息,但无法提供使人体正常工作不可缺少的菌群的信息.人体血液和尿液的代谢组却携带着包括菌群在内的每一个细胞的信息,因此代谢组学方法对研究如人体这样复杂的进化杂合体十分有效.早在20世纪60年代,代谢物组学的核心技术——核磁共振技术(NMR),就已经被应用到代谢研究中。但直到20世纪90年代,随着模式识别分析技术的发展,代谢谱的定量分析才得以实现,并应用于药物和基因功能的研究。利用代谢物组学研究药物对整体的作用主要依赖于多参数检测外源物质攻击所导致的机体新陈代谢改变。这种方法也适合研究基因突变和转基因所产生的代谢改变以及疾病诊断和疗效评价。在药物发现阶段,它可以进行体内毒性研究、先导药物的筛选和目标化合物的优化及体内动物模型的药效筛选。在药物开发阶段,它可以在临床前安全性评价方面进行生物标志物的发现和毒性机制的研究,从而可有效地利用动物模型研究人类疾病的治疗,发现与临床安全性和有效性有关的生物标志物。代谢组学已经广泛地应用到了包括药物研发,分子生理学,分子病理学,基因功能组学,营养学,环境科学等重要领域.在代谢组学诞生的过去6年里,有关代谢组学的研究论文和专利以指数的形式逐年增长.可以预见,这门新兴学科将应用到更为广泛的领域.

  • [推荐]:核磁共振技术与新药安全性评价(药物代谢组学与代谢物组学)

    1.前言 随着科学与技术的发展,新药研发的速度正在日益加快,使得新药安全性评价工作的压力也变得越来越大。在新药研究开发过程中,因为安全性问题而被淘汰的候选药物占相当大的比例。一旦潜在的药物分子通过了初步的生物学筛选过程,就应该尽量减少这些候选药物分子在产品研发过程中的流失,以免造成巨大的资金和时间的浪费。因此,人们努力寻找新的分析方法,以便从功效和安全性两方面使得先导化合物的筛选更有效,从而尽可能地减少这种浪费。目前的生物分析手段主要利用基因组和蛋白质组方法,分别从基因水平和细胞蛋白质表达水平上测量生物体系对药物的反应。这两种方法都较昂贵,且劳动强度较大,然而却可能是研究在不同水平上对生物异源物质的生物应答的有力工具。但是,基因组学和蛋白质组学都不能提供可以了解生物体中整体细胞功能的信息,因为两者都忽略了整体器官中动态的代谢状态。因此,Nicholson等人提出了一种基于核磁共振的新方法,叫做metabonomics,我们暂且称之为代谢组学,以便与由代谢物组(metabolome)衍生而来的metabolomics相区别。Metabolomics研究的是一个细胞或细胞类型中所有的小分子成分,而metabonomics则是通过分析生物体液和组织来对完整的生物体(而不是单个细胞)中随时间改变的代谢物进行检测、确定、定量和分类;然后将这些***代谢轨迹与病生理过程中的生物学事件关联起。从药物研究和毒理学评价的角度来看,基因组学方法是观察给药后基因表达的改变,主要采用基因芯片技术。然而,基因调节/表达与系统的整体功能之间的关系在目前还很不清楚,主要是因为决大部分DNA是非编码的,而编码蛋白质的基因不能孤立地发挥作用,而是需要与其邻近的基因和非编码DNA一起才能发挥其功能。正式由于这个原因,人们才发展了蛋白质组学。蛋白质组学方法可以对由给药或其它病生理过程引起的细胞蛋白质组成变化进行半定量的测量。蛋白质组方法所采用的技术主要包括双向凝胶电泳和质谱技术。与基因组方法相比,蛋白质组方法较慢,且劳动强度较大。需要强调的是,虽然这些方法能够在很大程度上揭示毒理学机理,并且给出与疾病相关的新的生物标记物,却很难将这些发现与经典的毒理学指标相关联。原因很简单,因为目前的技术和方法不能对给药后反应的整个进程进行测量,也不能对生物整体的应答进行测量。因此需要发展一种新的方法来实时给出多器官生物整体的在体信息。基于NMR的代谢组学(metabonomics)方法可以满足这样的要求。2.Metabonomics在药物毒理学研究中的应用 代谢组学的目的是要扩展和补充由基因组学和蛋白质组学方法得到的对生物异源物质应答的信息。其任务是定量测量生物体对病生理刺激或基因改变的动态多参数代谢反应,是研究药物毒性和基因功能的技术平台。这个概念是根据Nicholson小组近二十年来利用1H NMR技术研究生物体液、细胞和组织中多组分代谢组成的工作而提出的。在这些研究中,还利用了模式识别,专家系统和相关的生物信息学工具。在许多情况下,药物通过与遗传物质直接作用而产生毒性,或通过诱导系统合成与药物代谢有关的酶,从而产生有毒的产物。在这种情况下,用基因组和蛋白质组学方法来评价毒性是有用的。然而,在生物异源物质有可能只在药理学水平上产生作用,因而可能不会影响基因的调节和表达。再者,显著的毒理学效应可能与基因的改变和蛋白质的合成完全不相关。因此,在许多情况下,从基因组和蛋白质组角度考虑到的反应可能不能预测药物毒性。但是,所有的由药物引起的病生理紊乱都会由于直接的化学反应,或通过与控制代谢的酶或核酸相结合而引起内源生化物质在比例、浓度、代谢通量等方面的失调。如果这种变化足够大的话,就会影响整个生物体的功能。生物体液中的代谢物是与细胞和组织中的代谢物处于动态平衡,因此,生物体中由于中毒或代谢损害而引起的细胞功能异常一定会反映在生物体液成分的变化中。要检测血浆、尿液、胆汁等生物基质中的一些具有特殊意义的微量物质,选择合适的分析方法致关重要。高分辨1H NMR波谱就非常适合用来检测生物体液中的成分异常,因为该方法可以同时对所有的代谢物进行定量分析,而且不需要样品前期准备,对任何成分一样灵敏。虽然也可以采用如质谱等其它方法,但对不同成分离子化程度的差别会影响定量和检测的可靠性。NMR方法还可以有效地用来从组织萃取物或细胞悬液中找出异常的代谢物。还可以利用高分辨魔角旋转(HR-MAS)探头来检测完整组织中的代谢物组成。由1H NMR谱检测到的生物体液中的内源性代谢物模式完全依赖于动物体内的毒素的类型。每一种类型的毒物都会在生物体液中产生特征的内源代谢物浓度和模式变化,这种特征给我们提供了毒性作用的机理和毒性位置的信息。右图所示为一系列尿样的1H NMR谱图,是大鼠经不同的毒物处理后得到的。每一张谱图只需几分钟的时间,是非常有效的。可以看出,不同毒素引起的代谢物变化是有特征性的。因为几乎所有的代谢物都有其特征的NMR谱,因而可以作为毒物引起的代谢变化的指纹图谱。利用NMR方法,人们已经成功地发现了许多新的器官特异相关毒性的代谢标记物。作为分析生物化学技术,NMR正是在这种探索性的工作上具有优势。

代谢利用相关的资料

代谢利用相关的资讯

  • 科学家利用空间分辨的同位素示踪揭示组织代谢活动
    同位素示踪有助于确定器官的代谢活动,但研究不同器官内代谢异质性的方法尚不成熟。美国普林斯顿大学的研究团队利用空间分辨的同位素示踪揭示组织代谢活性,相关论文于近日发表在Nature Methods杂志上,题为:Spatially resolved isotope tracing reveals tissue metabolic activity。研究人员将稳定同位素标记的营养输注与基质辅助激光解吸电离成像质谱法(iso-imaging)结合,以空间分辨的方式定量哺乳动物组织中的代谢活动。他们在肾脏中观察了皮质及髓质的糖异生通量和糖酵解通量发现,肾脏各区域对三羧酸循环基质的使用不同,皮质优先使用谷氨酰胺和柠檬酸,髓质优先使用脂肪酸。此外,他们还观察了在生酮饮食下大脑中碳被利用于三羧酸循环和谷氨酸的具体情况。在富含碳水化合物的饮食中,葡萄糖始终占主导地位,但在生酮饮食中,3-羟基丁酸在海马体中的贡献最大,在中脑中的贡献最小,脑内氮的来源也有所不同,支链氨基酸主要分布在中脑,而氨则主要分布在丘脑。综上,这种方法将稳定同位素注入与成像质谱法相结合,可以空间分辨率定量分析哺乳动物组织中的代谢活动。原文链接:https://www.nature.com/articles/s41592-021-01378-y
  • 利用MALDI质谱成像技术揭示牡丹和芍药根的空间代谢组
    关键词:MALDI-MSI 质谱成像、Paeonia suffruticosa 牡丹、Paeonia lactiflora 芍药、Monoterpene glycoside 单萜苷、Spatial distribution 空间分布01 前言 芍药属植物具有较高的观赏价值和经济价值,以及重要的药用价值,引起园艺学家、植物学家和草药学家的极大关注。芍药属植物约有35种,其中牡丹 (Paeonia suffruticosa,PS)和芍药(Paeonia lactiflora ,PL)是两种主要的东方药草。牡丹和芍药同属,外形也极为相似,从植株形态上进行区分:牡丹,是小灌木,有木芍药之称;而芍药是多年生草本植物。在中国、日本和韩国,牡丹皮(牡丹的干燥根皮)和白芍(芍药的根部)是具有镇痛和抗炎活性的重要中药。尽管 PS 和 PL 的植物化学和药理作用的相似性和差异性已经被广泛研究,但其空间代谢组的比较几乎没有报道。空间代谢组学是代谢组学研究发展中的一个分支,它提供了组织结构和个体代谢物之间的直接联系。阐明PS和PL的空间代谢组差异在植物分类和药用植物质量控制等领域具有重要意义。02 摘要 2021年4月,中国药科大学天然药物与中药学院国家重点实验室李萍教授、李彬教授在 New Phytologist 期刊上发表了题目为:“Unveiling spatial metabolome of Paeonia suffruticosa and Paeonia lactiflora roots using MALDI MS imaging”的研究论文,本研究结合多基质和正负离子检测模式,对牡丹和芍药的根切片进行了高质量分辨率基质辅助激光解吸电离质谱成像(MALDI MSI)和 AP-SMALDI 串联质谱(MS/MS)成像,系统地研究了单萜糖苷类和丹皮酚苷类、单宁类、黄酮类、糖类、脂类等多种代谢产物的空间分布。利用 Li DHB 基质的串联质谱成像技术来准确区分芍药苷和芍药内酯苷两种结构异构体的组织分布。此外,参与没食子单宁生物合成途径的主要中间产物在根部成功定位和显示。03 结果 3.1MALDI MSI的PS和PL根代谢产物的原位分析采用高分辨率 MALDI MSI 和 MALDI MS/MS Imaging 相结合的方法,获得了 PS 和 PL 根横截面的综合代谢产物分布图,并进一步用 LC-MS/MS 进行了验证。代表性部位的质谱图从根的四个区域获得,包括木栓层、皮层、韧皮部和木质部(图1)。在正离子模式下,使用 DHB 基质,检测到两种主要特定类别的次级代谢物单萜糖苷类(monoterpene glycosides,MGs)和没食子单宁(gallotannins)。在 PS 和 PL 中均观察到共同的代谢物 MGs,如芍药苷/芍药内酯苷(m/z 519.1263,结构异构体)、氧化芍药苷(m/z 535.1212)、苯甲酰芍药苷(m/z 623.1525)、牡丹皮苷 A(m/z 653.1631)、牡丹皮苷 B/J(m/z 669.1580)、牡丹皮苷 E(m/z 565.1318)和苯甲酰氧芍药苷/牡丹皮苷 C (m/z 639.1475,同分异构体)。牡丹/芍药中生物合成的没食子单宁是没食子酸葡萄糖酯(即没食子酰葡萄糖,GGs)。如图1所示,观察到具有相邻峰间距为 152.01 Da 的 m/z 分布,表明母体分子上连续添加了没食子酸基团。在 PS 和 PL 中,检测到12个没食子酰基残基的取代产物(2GG-12GG,m/z 523.0485-2043.1581)。作者还发现了 PS 特有的成分—丹皮酚苷类(PGs),如牡丹酚甙(m/z 367.0790)、牡丹酚原甙和牡丹酚新甙(m/z 499.1212,同分异构体)。图1. 正离子模式下牡丹(左)和芍药(右)根横截面不同区域的 MALDI 质谱图3.2MALDI MSI比较PS和PL根单萜和丹皮酚苷类成分的空间分布图a中,通过 PS 和 PL 的横截面可以看到解剖结构中的物种多样性,PS 根木质部区域高度木质化;PS 韧皮部约占整个横切面的45-55%,PL 根的韧皮部仅占10-20%。图b中,可以看到 PS 和 PL 中单萜糖苷类的空间分布模式,芍药苷(m/z 519.1263,[M+K]+)及其衍生物主要分布在 PS 和 PL 的木栓层、韧皮部区域,PL 的木质部射线区,但在 PS 的木质部(木芯处)检测信号较低。此外,在图c中,可看到丹皮酚苷的空间分布,在 PS 根的木栓层和韧皮部中可以解吸出丹皮酚苷类化合物,如丹皮酚苷(m/z 367.0790)、牡丹酚原甙和丹皮酚新甙(m/z 499.1212,同分异构体)、丹皮酚苷A/B/C/D(m/z 651.1322,同分异构体)和丹皮酚苷E(m/z 661.1741),而 PL 的根中不存在丹皮酚苷类物质。图2 牡丹和芍药根的 MALDI 成像 (a. 甲苯胺蓝O染色的组织切片的光学图像;b. 单萜糖苷类(MGs)的离子图像;c. 丹皮酚苷(PGs)的离子图像)。3.3AP-SMALDI MS/MS成像分析结构异构体的空间分布由于存在高丰度 [M+K]+ 断裂困难、[M+Na]+ 丰度太低等问题,Li DHB 被应用于本实验 AP-SMALDI MS/MS 成像。如图3(a)所示,Li DHB 显示为产生芍药苷和芍药内酯苷的 [M+Li]+ 二级碎片的有效基质,其中两个差异片段 m/z 253.13(芍药内酯苷)和 m/z 255.11(芍药苷)被检测到。在 50μm 空间分辨率下进行 AP-SMALDI MS/MS 成像实验,并在 m/z 487.1777处检测到 [芍药苷/芍药内酯苷+Li ] + 的前体分子离子。前体分子离子和二级碎片离子的离子图像如图3(b)所示,显示了前体分子离子和最终产物离子的空间分布,在 PS 中,仅检测到 m/z 255.11,且主要在木栓层中观察到;在 PL 中检测到 m/z 255.11 和 m/z 253.13,二者分布趋势相似,且木栓层、韧皮部和木质部射线区的信号强度高于皮层和木质部维管束。通过 AP-SMALDI MS/MS 成像,芍药苷和芍药内酯苷的空间分布被清晰的呈现出来。作者使用 LC-MS 方法进一步验证 MALDI 成像结果,PS 和 PL 的根被人工分成木质部和木质部外两个部分。如图3(c)所示,LC-MS 结果与 MALDI 成像结果一致,在牡丹中仅检测到芍药苷;在芍药中,检测到了两者,并且在外层中观察到更高丰度的芍药苷和芍药内酯苷,因此,Li DHB 基质是可行的,以获得用于分辨异构体空间分布的不同片段。图3 MALDI MSI 及 LC-MS 验证。(a)前体物质m/z 487.18的串联质谱,分别来自芍药内酯苷和芍药苷。(b)像素大小为50μm的牡丹(PS,上)和芍药(PL下)根中芍药苷和/或芍药内酯苷的 MSI图。(c)用 LC-MS 从 PL 和 PS 根切片的不同部位相对定量芍药苷和/或芍药内酯苷。3.4MALDI MSI的PS及PL根部没食子单宁生物合成途径的空间分布分析下图4显示了在牡丹和芍药的根切片中显现的没食子酸生物合成途径和离子图像,在牡丹和芍药根中观察到总共13种参与没食子酸生物合成途径的代谢物,包括没食子酸、没食子酰葡萄糖、2GG -12GG。如图4所示,没食子酸(m/z 169.0142,[M-H]-)是合成没食子单宁的起始化合物。没食子酸主要分布于 PS 的木质部区域(木芯),广泛分布于 PL 的根部,形成层部位含量明显增高。β-葡萄糖苷作为没食子单宁的基本单元和主要的酰基供体,主要分布于 PS 的韧皮部,PL 的木质部射线和皮层。从 2GG-12GG 途径观察到没食子单宁空间分布的动态变化。2GG、3GG 主要分布于 PS 的木栓层和韧皮部区域,在 PL 中含量明显较低。4GG、5GG 主要分布在 PS 的木栓层、韧皮部和木质部中,PL 的木质部和韧皮部。其中,作为 6GG-12GG 合成的前体物质,5GG 相对均匀地分布于牡丹和芍药根中。从 6GG -12GG 的第二个序列中,复合单宁主要集中在 PS根的木质部导管区和PL的楔形木质部区域和皮层中,且覆盖面积呈明显下降趋势(尤其是 11GG 和 12GG )。图4 MALDI 质谱成像技术研究牡丹和芍药根中没食子单宁生物合成途径。(a)没食子单宁的生物合成途径。(b)从 PS (左)和 PL (右)根切片获得的参与没食子单宁生物合成途径的主要中间体的质谱成像图。3.5MALDI MSI比较PS和PL根中其他代谢物的空间分布槲皮素(m/z 303.0499,[M+H]+)主要存在于 PS 和 PL 的皮层中(图5)。单糖(m/z 219.0266,[M+K]+)、二糖(m/z 381.0794,[M+K]+)、三糖(m/z 543.1322,[M+K]+)和四糖(m/z 705.1850,[M+K]+)主要积累在 PS 的皮层和韧皮部以及 PL 的皮层和木质部射线区。脂质 PC(34:2) (m/z 796.5253,[M+K]+)和 PC(36:4) (m/z 820.5253,[M+K]+)主要分布于 PS 的根系形成层和 PL 的木质部射线区。图5 从牡丹(PS,左)和芍药(PL,右)根部切片中选取的类黄酮、糖类和脂类的离子图04 总结 本研究采用 MALDI MSI 结合 LC-MS 代谢物检测技术,系统表征了单萜和丹皮酚苷类、鞣质类、黄酮类、糖类和脂类等多种代谢产物(65种)的空间分布。用高分辨 MALDI MSI 研究了两种芍药科植物牡丹和芍药共同代谢物和特定代谢物在空间分布上的相似性和差异性,为代谢物的生物合成、运输和积累研究提供了重要信息。为了解决异构代谢物空间分布不明确的问题,作者进行了 MALDI 串联质谱成像,明确了芍药苷和芍药内酯苷的空间分布。本研究表明牡丹和芍药的皮以及中心部位都含有丰富的生物活性物质,能够为传统药材加工方法的改良提供直观的依据。此外,本研究还首次绘制了参与没食子单宁生物合成途径的前体以及中间体的空间分布图,可水解的单宁主要分布在木栓层、韧皮部等,其可能在不损害细胞质成分的情况下发挥保护作用,如对抗生物压力;鞣花鞣质倾向于在木质部区域积累,这可能与木质素具有共同的支持植物的功能。综上所述,高分辨率 MALDI MSI 提供了全面、准确的代谢物空间分布,为中药的深入研究、使用和加工方法的改良提供了独特的见解。文献地址:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.17393「科瑞恩特」独家代理质谱成像离子源在大中华区独家代理的两款质谱成像离子源,都可搭载Thermo ScientificTM Q ExactiveTM或Obitrap ExplorisTM系列质谱仪。AP-SMALDI 5AF高分辨自动聚焦3D快速质谱成像系统,常压操作环境,空间分辨率可达到3μm,独特3D检测模式可以检测凹凸不平的样品表面,快速检测模式可达18pixel/s,全像素检测大大提高检测灵敏度,高空间分辨率和高质量分辨率使样本中的分子化合物达到最佳成像效果。MALDI ESI InjectorTM 透射式超高分辨质谱成像系统,可以同时搭载MALDI离子源与ESI离子源,既可用于传统LC-MS/MS实验,也可用于质谱成像检测,通过双离子漏斗接口实现离子源快速切换,无需拆卸,操作便捷,并且接口可以进一步升级为MALDI-2和t-MALDI检测,大大提高空间分辨率和检测灵敏度。
  • 重磅成果:再帕尔阿不力孜、贺玖明研究团队利用空间代谢组学技术绘制大鼠脑代谢网络图
    2021年4月,中国医学科学院药物研究所天然药物活性物质与功能国家重点实验室再帕尔阿不力孜、贺玖明团队在分析化学一区《Analytical Chemistry》期刊发表封面文章,题为“Mapping metabolic networks in the brain by using ambient mass spectrometry imaging and metabolomics”的研究成果,采用自主研发的质谱成像空间代谢组学技术,全面绘制了大鼠脑代谢网络,深入解析了东莨菪碱致大鼠记忆功能障碍模型脑的代谢变化。  封面文章  研究背景  大脑是结构最复杂的器官之一,主要功能与其微区的分子相互作用密切相关。大脑的小分子调节机制对理解中枢神经功能、精神疾病机理和药物研发有很大的帮助。动物的认知过程和行为控制均依赖于脑部强大的中枢神经网络——神经连接体。科学家进行了很多研究,但是对脑部小分子网络的研究仍有不足。  分子成像技术是研究大脑中DNA、RNA、蛋白质和代谢产物的强大工具。质谱成像技术(MSI)是一种检测大脑中蛋白质、代谢物和脂质物质的高灵敏度和高通量分子成像技术,在肿瘤边缘诊断、肿瘤生物标志物发现、药物分布和机理阐述等领域有广泛的应用。  本文作者开发了一种基于敞开式空气动力辅助解吸电喷雾离子化质谱成像(AFADESI-MSI)技术的代谢网络映射方法,对大鼠脑不同极性的小分子代谢物(m/z 50-500 Da)进行微区分布研究,不仅鉴定出脑部几乎所有重要的代谢物,还绘制了包含神经递质、嘌呤,有机酸,多胺,胆碱、碳水化合物和脂类等20条通路的代谢网络,并使用这种代谢网络映射质谱成像方法解析了东莨菪碱致大鼠记忆功能障碍模型脑的代谢变化,为中枢神经系统疾病的治疗提供新的信息和见解。研究思路  研究方法  1.样本准备  Sprague-Dawley大鼠模型腹腔注射东莨菪碱后被杀死(处理组,3只),对照组大鼠(3只)也用同样方法杀死。获取大鼠整个大脑,在低温下将大脑切成连续的矢状切片(暴露出海马和纹状体),用于Nissl 染色、H&E染色和质谱成像检测。  2.空间代谢组实验  使用AFADESI-MSI分析,代谢物质量数范围50-500 Da,质谱分辨率70,000。  3.数据处理和代谢网络分析  原始数据经过转化,再使用自建MassImager软件获取成像结果 在获取差异代谢物的高分辨率质谱信息后,使用Metaboanalys在线数据挖掘软件以褐家鼠(rattus norvegicus)为参考完成代谢物高通量定性,并输出代谢网络信息。大脑中复杂网络可视化使用Cyctoscope软件完成。  4.统计分析  两组大脑样本选择相同的微区,并将组织学和特征离子图像叠加进行确认。数据处理结果使用t检验(n = 3)进一步验证。大脑微区包括松果体、中脑导水管、脑桥、梨状皮质、延髓、丘脑、纹状体、海马、胼胝体、嗅球、大脑皮层、小脑皮层、穹窿、小脑延髓和丘脑。  研究结果  1.AFADESI-MSI用于大脑中极性代谢物的定位  如图1所示,将大鼠大脑连续矢状切面通过ESI探针对逐个像素进行扫描,并将解吸的代谢物离子传输到高分辨率质量分析仪进行分析。图1E是大鼠脑部某个像素点的一个代表性质谱图,在该图中可以观察到数千个代谢物的峰。AFADESI-MSI图像还表明脑部不同功能性区域中代谢物浓度的变化。图1A-D显示了代表性代谢产物图像,在松果体、纹状体、海马、胼胝体和嗅球等亚区域具有特定分布。这些异质代谢分布与大鼠脑的功能和结构复杂性高度一致。  实验结果表明,AFADESI-MSI的空间分辨率小于100μm,代谢物质量最大差异为0.001Da,同一物质的检测动态范围高达1000倍。如图1所示,通过AFADESI-MSI可在大鼠脑部检测到一些呈特征性分布有代表性的极性代谢物,其强度范围从0到104甚至到106。  图1 (A-E)使用AFADESI-MSI获得的用于构建大鼠大脑代谢网络图的代表性极性内源性代谢物   (F)AFADESI-MSI数据采集过程   2.在大鼠脑绘制特定区域分布的极性代谢物图谱  使用AFADESI-MSI在正离子和负离子模式下分别获得298个和372个微区轮廓清晰的代谢物离子图像。使用精确分子量并结合同位素丰度,通过人类代谢组数据库(HMDB)对离子图像进行识别,鉴定出多种内源极性代谢物,包括氨基酸、核苷酸或核苷、碳水化合物、脂肪酸和神经递质等。  中枢神经系统(CNS)的特定功能和特定解剖区域相关。例如,乙酰胆碱在大脑皮层中高度表达 γ-氨基丁酸是一种抑制性神经递质,其在大脑皮层的信号强度较低,在中脑、嗅球和下丘脑中的浓度较高 多巴胺在纹状体含量较高 组胺(一种兴奋性神经递质)主要分布于丘脑和下丘脑。松果体在睡眠和光周期调节中起着重要的作用,并且由于其体积小容易被忽视。在松果体区域中,作者检测到106种极性代谢物,例如吲哚乙醛、吲哚、5' -甲硫基腺苷和褪黑激素,它们在该微结构的表达最高。褪黑激素由松果体分泌,起到调节昼夜节律的作用。质谱成像结果表明褪黑激素只能在松果体检测到。褪黑激素的上游代谢物血清素(5-HT)在松果体中也有特定的分布。此外一些未知的代谢物也仅在大鼠大脑的某个很小但特定的区域中。以上结果表明,AFADESI-MSI方法可以直接检测极性代谢产物,并具有高特异性,能呈现其在大脑微区分布的图像。  3.在大鼠脑中绘制微区代谢网络图  要了解大脑的结构区域发生的复杂代谢过程,不仅应准确表征代谢物,还要研究其相关性。从大鼠脑微区中提取代谢谱进行代谢网络重建。从15个微区提取的MSI数据进行峰挑选和峰对齐(图1F),包括松果体、中脑导水管、脑桥、梨状皮质、延髓、丘脑、纹状体、海马、胼胝体、嗅球、大脑皮层、小脑皮层、穹窿、小脑延髓和丘脑,然后使用基于KEGG数据库的Metaboanalyst软件进行代谢网络分析。共找到20条KEGG代谢通路,包含126个具有微区信息的代谢物,图2显示了涉及丙氨酸-天冬氨酸和谷氨酸代谢、花生四烯酸代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、肌酸途径、GABA能突触、葡萄糖代谢、谷胱甘肽代谢、甘油磷脂代谢、甘氨酸-丝氨酸和苏氨酸的代谢、组氨酸代谢、赖氨酸代谢、苯丙氨酸代谢、多胺代谢途径、嘌呤代谢、嘧啶代谢和TCA循环、色氨酸代谢、酪氨酸代谢、缬氨酸-亮氨酸和异亮氨酸代谢和类固醇激素合成途径。质谱成像方法提供了一种直接获取代谢网络信息的途径,以系统地深入了解大脑的代谢活动。  图2 通过AFADESI-MSI和Metaboanalyst获得的大鼠脑中的代谢网络  图3A展示了嘌呤代谢的分布和代谢途径,共包含17个核苷酸及相关代谢产物,饼图代表了某种代谢物在不同大脑微区的相对含量和分布,图3A中显示出不同代谢物的不同局部特征。例如腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)和鸟苷酸(GMP)在大脑皮层和松果体中高表达,但在胼胝体和穹窿中含量较低。图3B显示了大脑不同区域的AMP分布,AMP在大脑皮层和松果体中含量很高,而在胼胝体和穹窿中含量较低。这些结果表明,大脑中代谢物分布呈现出功能性区域的差异性。这些空间和代谢途径的上游-下游转换过程为大脑局部代谢活动提供丰富信息。也证明质谱成像方法能够提供直接获取代谢网络信息的方法。  图3 (A)通过AFADESI-MSI获得的大鼠脑中嘌呤代谢途径和相关代谢产物分布   (B)腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)在大鼠脑不同区域的分布   4.神经递质的代谢网络解析  神经递质在大脑不同区域具有极为复杂的代谢调节网络,使这些区域的中枢神经能够从事复杂的活动。作者分析了关键神经递质的代谢调控网络,分别为多巴胺、γ-氨基丁酸、腺苷、组胺、乙酰胆碱、5-羟色胺、谷氨酸和谷氨酰胺。图4A显示了神经递质以及相关代谢产物在大鼠脑的分布特征,它们联系非常紧密(图4B),这些神经元彼此相互作用并形成复杂的调节网络。  图4 |(A)大鼠脑中神经递质及其相关代谢产物的分布   (B)神经递质调节和代谢网络   5.从大鼠脑的代谢网络映射中发掘空间变化  东莨菪碱治疗的大鼠是一种学习和记忆障碍模型,通常用于研究抗遗忘药疗效。本文作者使用AFADESI-MSI分析了对照组和东莨菪碱治疗的大鼠矢状脑切片,将发现的代谢物全面映射代谢网络,并通过代谢组学分析发现空间代谢变化。不仅可以对药物准确定量,还可以检测代谢网络相关的数百种内源性代谢物在大脑特定区域的分布。图5显示了代谢网络中检测到的各种代谢物,以及在不同大脑微区代谢物的明显改变。如图5A所示,找到三种代谢物(N-甲酰基尿氨酸、L-色氨酸和5-羟色氨酸),属于色氨酸代谢途径,意味着东莨菪碱会干扰色氨酸的代谢过程。作者分析了东莨菪碱治疗组大鼠脑的十个微区,发现脑桥中有16种表达异常的代谢产物,而在大脑皮层中发现了7种。表明在东莨菪碱治疗下,脑桥和大脑皮层可能是受影响最严重的区域。  图5 东莨菪碱模型大脑中极性代谢网络的变化  图6显示了其中几种异常表达的代谢产物的分布,例如腺嘌呤在小脑皮层被下调 组胺在中脑导水管中下调 桥脑中的磷酸乙醇胺、大脑皮层中的2-氧戊二酸、纹状体中的多巴胺、胼胝体中的抗坏血酸、下丘脑中的谷胱甘肽、小脑皮层中的L-天冬氨酸和L-天冬氨酸也有所变化,这些代谢物的质谱成像结果(图6A-H)和相对定量结果(图6I1-18)进一步表明,大脑中药物作用后代谢物的多样性和区域特异性。这些代谢物不分区分析、含量进行全脑平均后,代谢物的微区含量差异很容易被削减。在空间上的代谢变化表明,在东莨菪碱治疗后,大鼠脑微区的代谢网络发生紊乱。但是代谢物和代谢酶是代谢网络的关键因素,基于空间分辨的代谢组学信息为发现酶或基因异常提供了线索,但若要完成完整的代谢网络分析必须进一步验证蛋白质和基因表达水平。  图6 在东莨菪碱治疗后大鼠模型的脑部质谱成像结果和代谢产物的统计结果  研究结论  本文作者开发了一种空间分辨代谢网络作图方法,通过无需衍生化、特定标记或复杂样品预处理的高通量AFADESI-MSI方法和代谢组学策略,在具有复杂结构化脑组织中发现代谢分子变化。能检测出多种极性内源性代谢物,并绘制相关代谢网络,提供组织微区分布的图谱。还将多种功能性小分子(例如核苷酸、多胺、肌酸、神经酰胺代谢物)含量分布可视化。这些代谢物构成大鼠脑关键代谢网络,为理解大鼠脑的作用机制和功能探索提供新的见解。在本文中,该方法被用于东莨菪碱处理的大鼠模型脑部的代谢研究。结合微区统计数据,该方法可以绘制代谢网络图、发现某些途径代谢产物的明显失调,而且还能描绘与神经疾病直接相关微区中发生的代谢变化。
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