新陈代谢研究系统

来自加州大学圣地亚哥分校的一项新研究表明，丝氨酸棕榈酰转移酶（serine palmitoyl-transferase）可以用作减少肿瘤生长的代谢反应“开关”。这一发现公布在8月12日的Nature杂志。研究小组通过限制饮食中的氨基酸——丝氨酸和甘氨酸，或在药理上靶向丝氨酸合成酶磷酸甘油酸脱氢酶，成功诱导肿瘤细胞产生了有毒脂质，从而减缓小鼠的癌症进程。研究人员表示，之后还需要进行进一步的研究，确定如何将该方法是否可以用于患者。在过去的十年中，科学家们发现从动物饮食中去除丝氨酸和甘氨酸会减缓某些肿瘤的生长。但是，大多数研究团队都集中研究了这些饮食如何影响表观遗传学，DNA代谢和抗氧化活性上。而来自加州大学圣地亚哥分校和Salk生物研究所的研究人员发现，这些干预措施对肿瘤脂质，特别是在细胞表面的脂质产生了巨大的影响。文章作者Christian Metallo说：“我们的工作凸显了新陈代谢的复杂性，以及在考虑采用这种新陈代谢疗法时，跨多种生化途径理解生理学的重要性。”在这种情况下，丝氨酸代谢是研究人员的重点。丝氨酸棕榈酰转移酶（SPT）通常使用丝氨酸制造称为鞘脂的脂肪分子，这对于细胞功能至关重要。但是，如果丝氨酸水平较低，则该酶的作用发生变化，可以使用其他氨基酸（如丙氨酸）作为底物，从而产生有毒的脱氧神经鞘氨醇。研究小组在检查了某些酶与丝氨酸的亲和力，并将它们与肿瘤中丝氨酸的浓度进行比较后，决定了这一研究方向。Metallo说：“通过将丝氨酸限制与鞘脂代谢联系起来，这一发现可能使临床科学家能够更好地确定哪些患者的肿瘤对靶向丝氨酸的疗法最敏感。”这些有毒的脱氧神经鞘氨醇在“anchorage-independent”条件下能最有效地减少细胞的生长，在这种情况下，细胞无法轻易粘附在体内肿瘤生长的表面上。为了更好地了解脱氧神经鞘氨醇对癌细胞有毒的机制，以及它们对神经系统的影响，研究人员认为有必要进行进一步展开研究。在最新这项研究中，研究小组向异种移植模型小鼠喂了低丝氨酸和甘氨酸的饮食。他们观察到，SPT转化为丙氨酸时，会产生有毒的脱氧神经鞘氨醇而不是正常的鞘脂。此外，研究人员还使用氨基酸类抗生素myriocin抑制了饲喂低丝氨酸和甘氨酸饮食的小鼠的SPT和脱氧神经鞘氨醇合成，结果发现肿瘤的生长得到了改善。Metallo指出，长期剥夺丝氨酸生物会导致神经病变和眼部疾病。去年，他领导了一个国际团队，确定降低的丝氨酸水平和脱氧神经鞘氨醇的积聚是一种罕见的黄斑病（称为2型黄斑毛细血管扩张症，MacTel）的关键驱动因素。这项工作发表在《新英格兰医学杂志》上。然而，丝氨酸限制或用于肿瘤治疗的药物治疗不需要长时间的诱导动物，或与年龄有关的疾病的神经病的治疗。

用于测量细胞新陈代谢的新陈代谢分析仪和细胞外流量(Extracellular Flux，简称：XF)压力测试盒的供应商 Seahorse Bioscience 推出 XF 产品平台的低价产品 XFp 细胞外流量分析仪 (XFp Extracellular Flux Analyzer)。新的低价仪器将让更多的实验室可以获得 Seahorse 独特的技术。 　　Seahorse 细胞外流量分析仪对两大产生能量的细胞路径 -- 线粒体呯吸和糖解进行实时压力测试、检测新陈代谢方面的重大变化，正如在1000多份同行互查的出版物中报道的那样。XFp 分析仪快速简便地提供与细胞外流量细胞线粒体应激试验 (XF Cell Mito Stress Test)、细胞外流量糖解压力测试盒 (XF Glycolysis Stress Test ) 和细胞外流量新陈代谢开关试验 (XF Metabolic Switch Test) 标准相同的新陈代谢试验。 　　Seahorse Bioscience 推出 XF 产品平台的低价产品 XFp 细胞外流量分析仪。新的低价仪器将让更多的实验室可以获得 Seahorse 独特的技术。Seahorse Bioscience 行政总裁 Jay Teich 说：&ldquo 细胞外流量技术被快速採用与新发现激增同步发生。这些新发现涉及细胞新陈代谢、研究中的疾病和治疗，如癌症、免疫学、肥胖、糖尿病和神经煺行变性。我们发现许多科学家需要我们的技术，但却无法要求得到一个单独的 Seahorse 产品。 低价的 XFp 分析仪改变了这种情况。&rdquo 　　阿拉巴马大学伯明翰分校 (University University of Alabama Birmingham) 线粒体医学实验室 (Mitochondrial Medicine Laboratory) 负责人、病理学教授 Victor Darley-Usmar 博士说：&ldquo Seahorse 细胞外流量技术让主流科学家更容易了解新陈代谢的未解之迷。XFp 平台是为仅需要少量样本的实验定制的，这些实验可以让人终身为细胞的新陈代谢研究着迷。&rdquo 　　XFp 拥有一块正在申请专利的小片，这让它更适合将病人样本或与其它动物身上获得的珍贵样本进行两两比较。紧凑好用的 XFp 分析仪拥有直觉型、基于触摸屏的软件和改进过的工作流，这些令设计和运行细胞外流量试验变得简单和直接。细胞外流量分析仪和压力测试盒为细胞的新陈代谢测量设定的标准，让科学家可以将基因与蛋白质生物学数据和细胞功能联系起来。 　　Seahorse Bioscience 简介 　　Seahorse Bioscience 的新陈代谢分析仪和细胞外流量压力测试盒在细胞新陈代谢研究领域是行业标準。全球的科学家都清楚细胞新陈代谢在推进他们的研究上的作用。Seahorse Bioscience 成立于2001年，总部位于美国的麻省，在丹麦和中国设有办事处。更多信息请登入 www.seahorsebio.com。

3月开学季来临，易科泰携手农科院蜜蜂所为科研实验提供助力，昆虫动物呼吸代谢能量测量系统包括双通道氧气分析仪，高精度二氧化碳分析仪、双通道SS4稳定气流控制单元、RM-8气流切换单元，高精度昆虫呼吸室。可测量单只昆虫的呼吸能量代谢情况、多只昆虫的呼吸能量代谢情况以及不同环境（不同气体浓度比例条件下）的昆虫呼吸代谢情况。其适用的昆虫，小到蚜虫，蚊子，大至蜜蜂、蛾类；尤其适用于果蝇等模式动物。该套系统能够精准有效的反映昆虫的能量代谢、新陈代谢等情况。 昆虫动物呼吸代谢能量测量系统 位于北京植物园内的农科院蜜蜂研究所 位于高精度昆虫呼吸室内的蜜蜂昆虫呼吸代谢能量测量系统广泛应用于动物生理生态学、遗传学、生物医学、媒介生物学等学科，可准确的测量动物的CO2呼出量和耗氧量，并可计算呼吸熵、能量消耗等。同时可选配昆虫活动强度监测、红外热成像等系统对昆虫的能量消耗进行全方位的监控检测。以研究昆虫等动物的生理生态、昆虫活动与温度的关系、昆虫活动与呼吸代谢的关系、昆虫健康状况及生理状态、杀虫剂对昆虫的影响及最小致死量、临界热极值CTmax(critical thermal maximum)、不连续气体交换DGC(discontinuous gas exchange cycle)等。另外，由于昆虫的野生型较多，易科泰根据科研需求推出了便携式昆虫呼吸代谢测量系统。该系统将氧气分析仪、二氧化碳分析仪以及气体抽样单元等高度集成于一个手提箱内，可在野外任何地方对当地的昆虫的呼吸代谢情况进行测量，尽最大可能保证了昆虫的原位野生状态，对于昆虫的生态学研究提供了强有力的工具。北京易科泰生态技术公司近20年来致力于生物呼吸与能量代谢技术的推广和技术服务，为您提供全面生物呼吸与能量代谢测量方案：高通量昆虫呼吸与能量代谢测量技术方案（CO2与O2测量）SSI实验动物能量代谢测量系统与热成像仪联用方案便携式动物呼吸代谢测量系统与热成像仪联用方案人体能量代谢与活动强度研究测量方案

珊瑚和其它底栖基质类型原位代谢测量系统 CISME CISME便携式潜水呼吸系统用于原位检测珊瑚和其它底栖基质的代谢率。这个名字来源于珊瑚原位代谢，并发音为“kiss-me”，以反映仪器与珊瑚之间的温和互动。 CISME在短时间孵化期间测量氧气通量和pH，其中水流量和光照水平由操作人员控制。从这些浓度变化计算呼吸（R）和光合作用（P）。样品环提供水样，可以滴定总碱度（TA）以测量钙化率（CA）。可以基于O2和CO2通量计算R和P，从中可以计算RQ和PQ。样品环也可用于实验性地引入可能影响珊瑚代谢的物质（例如用于OA研究的酸化海水）。 n 检测指标l 在原位孵育期间的氧气通量和pH值的变化，其中水流量和光由操作人员控制。根据浓度的变化，计算呼吸速率和光合速率。 l 样品环提供水溶液样品,用于总碱度（TA）滴定，从中计算钙化率。 l 样品环可用于进行实验，其中操作人员引入可能影响珊瑚代谢的物质（例如用于OA研究的酸化海水）。 n 参数l 测量O2的变化，以1秒的间隔测量pH值。l 泡沫密封容器抵至浅表面的珊瑚，珊瑚礁基质，如草皮，珊瑚藻和沉降块来捕获海水。l 可编程孵化程序（R，P，R + P，P + R，Custom multistep (自定义多步）。l 孵育体积：88ml+16ml样品环。l 可拆卸的样品环容积用于收集孵育的水溶液的子样品或引入添加剂。l 350-1200毫升min-1可变流量 通过泵反馈。l 可变光（PAR）：0-2500μmolm-2s-1。l 无需破坏性取样。l 耐水压80米。l 附件：孵化分离生物体的流动室，如大型藻类，小动物 用于沉积物培养的适配器。 在藻类基质上检测n 实例CISME检测了位于波多黎各珊瑚礁：加勒比海珊瑚Orbicella faveolata上的 40个标记菌落的代谢率的季节变化。两个珊瑚礁位于波多黎各。每个珊瑚礁有20个被标记的珊瑚每个珊瑚每季度用CISME测量一次，以寻找新陈代谢的季节性变化模式一年重复检测4次。结果显示夏末R升高，但P没有变化，因此夏末的P / R比率较低。 P，CA和P / R比率≥实验室公布测量值，表明原地条件优于陆基海水系统。 使用可编程功能的CISME生成的P vs I曲线与使用Walz潜水荧光计的快速光曲线相比 原位海水酸化实验n 系统标准组成CISME由一个带有电子装置的浮力丙烯酸耐压外壳组成，通过防水电缆连接到孵化流量传感器头，操作人员将其连接到珊瑚/基质表面以进行孵化。l 一个主控机（包括：专有主板；O2板 适配器 WiFi卡 LED驱动器 编程和储存必要文件的USB 全部采用防水丙烯酸外壳）。 l 一个7200 aH的锂离子电池和充电器以及三个HD泡沫浮子。l 一个完整泵头“（由3D构成，具体包括：pH电极 光纤传感器 循环泵 LED光源 氯丁橡胶泡沫密封；另外还包括：三个牵开器“wings”，三个Cetacea牵开器和八个18毫升样品环 “仿真”环和环状填充物。l 一个粘度杯,用来培养小的独立样品。l 插拔连接器连接主控机与头部的电缆线，连接电池与主控机的电缆线，以及连接CISME与UW平板电脑的WiFi电缆线。 l 备件：二个额外的泡沫密封和胶水，二个额外的Presens点更换件和胶水 光纤维维修工具 备用O形圈。 备用' 仿真' 环和环形填充。 氧气校准套筒。 用于组装的工具和零件包：15 mm扳手，薄的15/22两用扳手，用于pH螺丝钉的长内六角扳手，O形圈镐，用于清洗螺丝钉的内六角扳手，带Molykote 111的洗涤器，额外的O形圈 ，硅胶包，Q-tips， l 许可证：允许使用装有专有的Android软件的平板电脑运行CISME。l 一个定制的潜水箱,用于安装系统。 l 一个运输箱，Seahorse brand品牌或同等产品（客户可以选择黑色，黄色或橙色）。l 一张录有用户手册和教学视频的DVD。n 选配水下平板电脑CISME定制的由Inova设计的SZ-Dive水下容器（HOUSE），抗压深度达 80米；安装了CISME安卓软件的三星Galaxy S2 8“平板电脑。 CISMEHOUSEn 有关的检测图片创新点：原位检测珊瑚和其它底栖基质的代谢率，也可用于实验性地引入可能影响珊瑚代谢的物质（例如用于OA研究的酸化海水）。 珊瑚和其它底栖基质类型原位代谢测量系统 CISME

—有助于代谢疾病治疗方法、生物燃料生产微生物开发的新技术—研究成果的重点? 发挥产学相结合优势，在世界上首次开发出准确测量细胞内代谢物的糖磷酸盐的技术。? 代谢中间体糖磷酸盐大多是结构相似的物质，而且存在传统技术无法对其进行分离并准确测量的问题。? 预计有助于代谢疾病的新型治疗方法、生物燃料生产微生物的开发、生物质资源植物的开发等。研究概要大阪大学研究生院情报学研究科的冈桥伸幸副教授、松田史生教授等生物信息计测学讲座研究小组，与（株）岛津制作所、大阪大学?岛津分析创新共同研究讲座※1饭田顺子特聘教授（岛津制作所分析计测事业部 生命科学事业统括部高级经理）的团队，在世界上首次开发出一项准确分析在细胞内代谢物中发挥着重要作用的糖磷酸盐※2的技术。这使得可以更准确地测量代谢流量。人类的每一个细胞都具有新陈代谢※3的功能，分解通过膳食等摄取的糖分，获取生存必需的能量和生长所需的制造新细胞的成分（氨基酸等）。一般认为代谢功能异常与糖尿病和癌症等各种疾病有关，为了阐明其机理，亟需一种准确测量糖降解过程中可能产生的代谢中间体的分析技术。其中，若干种被称为糖磷酸盐的代谢中间体具有相似的结构，即使2000年前后出现的代谢中间体的网罗式测量技术，经过近20年的发展，使用传统技术分离这些中间体非常困难，而且测量的准确性有限。此次，松田教授等人的研究小组利用岛津制作所开发的前沿分析仪器进行产学联合研究，成功开发出一种通过完全分离糖磷酸盐，准确进行分析的方法。将本方法应用于癌细胞时，可以更准确地测量代谢流量。今后，通过将本方法应用于各种细胞、组织等，并对所获得的数据进行分析，预期有助于疾病新治疗方法和药物的研发。另外，由于所有生物都具有代谢功能，因此本技术可应用于生产生物燃料的微生物和固定CO2的生物质植物，有助于环境友好产品制造技术的改进等各项研究的发展。本研究成果于9月2日(日本时间)发表在美国科学期刊《Metabolic Engineering》上。研究背景截至目前，已知构成生物的细胞将葡萄糖等糖摄入细胞内，通过糖酵解系统的代谢途径进行分解，并在此过程中制造能量及成为新细胞成分的前体物质。糖酵解是所有细胞生物的基本功能，近年来表明糖尿病和癌症等各种疾病与糖酵解系统有着密切的关系。而且，为培育生产生物燃料的微生物，正在尝试人工改善糖酵解系统。为了开展这些研究，需要准确测量糖酵解系统中大约15种代谢中间体。但是，糖酵解中间体(糖磷酸盐)大多是结构相似的物质，而且存在传统技术无法对其进行分离并准确测量的问题。生物信息计测学讲座的冈桥副教授、松田教授等人，与（株）岛津制作所和大阪大学?岛津分析创新共同研究讲座开展共同研究，根据（株）岛津制作所拥有的负CI模式气相色谱/质量分析技术※4，开发一种新型分析方法，可以完全分离糖磷酸盐，准确测量其同位素标记率※5。而且，将本方法应用于乳腺癌细胞（MCF7）的分析，成功地测量了代谢流量，准确度比以往提高10倍以上。这是大阪大学的研究成果和(株)岛津制作所的技术成果相结合的产学合作研究成果。本研究成果对社会的影响（本研究成果的意义）根据本研究成果，通过测量各种生物可以获得糖酵解系统更准确的数据。通过对收集的数据进行分析和运用，阐明各种疾病与糖酵解功能之间的关系，有望获得癌症以外疾病的新型治疗方法和药物研发有关知识。而且，通过将本技术应用于微生物和植物，预计有助于生产生物燃料的有用微生物的开飞，固定CO2的植物改良等，环境友好产品制造技术等研究的发展。特别记载事项本研究成果于2018年9月2日(日本时间)发表在美国科学期刊《Metabolic Engineering》（Online）上。标题　：“Sugar phosphate analysis with baseline separation and soft ionization by gas chromatography-negative chemical ionization-mass spectrometry improves flux estimation of bidirectional reactions in cancer cells”作者名称　：Nobuyuki Okahashi, Kousuke Maeda, Shuichi Kawana, Junko Iida, Hiroshi Shimizu,and Fumio Matsuda此外，作为文部科学省新学术领域研究“代谢适应的Trans-Omics分析”的重要一环，本研究的部分研究在与大阪大学研究生院工学研究科福崎英一郎教授的合作下实施的。术语说明※1　大阪大学?岛津分析创新共同研究讲座　成立于2015年4月20日，旨在建立以“生物技术”为核心的环境友好型可持续社会系统。以大阪大学的代谢物组学（总代谢物分析）为核心竞争力，协同岛津制作所致力于解决各种问题。（URL：https://www.shimadzu.co.jp/labcamp/index.html）※2　糖磷酸盐磷酸基团与几乎所有生物拥有的糖相结合的代谢物群的总称。结构类似的物质很多，完全分离很难。※3　代谢所有细胞都通过代谢的一系列化学反应，供给生存所需的能量和蛋白质合成所需的前体物质。如果代谢发生异常，则会导致糖尿病和高脂血症等疾病。※4　负CI模式气相色谱/质量分析技术一种在气相色谱分离技术、质量分析检测技术中组合应用负CI电离技术的测量方法。岛津制作所是日本气相色谱及质量分析仪器的顶级制造商。※5　同位素标记率大阪大学研究生院信息科学研究科正在开发测量代谢流量的技术。向细胞施用碳稳定同位素(与碳的性质相同但质量不同的物质)标记的葡萄糖，通过调查碳的稳定同位素通过糖酵解系统转移到糖磷酸盐的情况，可以测量代谢流量。为了准确地掌握代谢流量，必须将各个糖磷酸盐完全分离，并测量其同位素标记率。关于岛津 岛津企业管理（中国）有限公司是（株）岛津制作所于1999年100%出资，在中国设立的现地法人公司，在中国全境拥有13个分公司，事业规模不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心，并拥有覆盖全国30个省的销售代理商网络以及60多个技术服务站，已构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。本公司以“为了人类和地球的健康”为经营理念，始终致力于为用户提供更加先进的产品和更加满意的服务，为中国社会的进步贡献力量。

p style=" text-align: center " img title=" 1.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/1d5b8edb-bcc7-4a5d-a7a9-a82c4fa3a4ce.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 为了弄清太空环境对于人体的影响，最近科学家开展了一项研究，对18名曾经在国际空间站上长期执行任务的俄罗斯宇航员血液样本中的蛋白质成分进行了分析 /strong /p p style=" text-align: center " img title=" 2.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/325967a0-c448-4c74-84e5-995fbbcdc02f.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 此前的研究早已发现太空环境会对人体的新陈代谢，热调节，心脏节律，肌肉紧张度，呼吸系统以及其他生理指标产生影响，只是在微观分子层面上的机制尚不能明确 /strong /p p style=" text-align: center " strong img title=" 3.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/f0d1525b-ae5e-4daf-89c1-e1fcd7ffe9c4.jpg" / 　 /strong 　 /p p style=" text-align: center " strong 美国的凯利兄弟是同卵双胞胎，且都是宇航员，为了观察太空环境对人体的影响。其中一位飞往太空并停留340天，返回后与他的兄弟做对比，观察太空环境对人类身体的改变 /strong /p p & nbsp & nbsp & nbsp 长期太空旅行可能对人体造成影响，这一点并不让人感到意外。但这种影响究竟在分子层面上的机制是如何的?这一点长期以来一直未能得到明确，为了弄清这个问题的答案，最近科学家开展了一项研究，对18名曾经在国际空间站上长期执行任务的俄罗斯宇航员血液样本中的蛋白质成分进行了分析。 /p p 　　结果显示，长期的太空环境让人体的免疫系统在面临不熟悉威胁时“开启了所有可能的防御机制”，这导致了整个人体诸多方面的改变，从器官到组织一直到细胞。 /p p 　　20世纪中叶开始的研究早已发现太空环境会对人体的新陈代谢，热调节，心脏节律，肌肉紧张度，呼吸系统以及其他生理指标产生影响，只是在微观分子层面上的机制尚不能明确，因此，来自俄罗斯和加拿大两国的研究人员决定对宇航员血液样本内的蛋白质成分进行分析，因为蛋白质在人体环境适应机制中占有重要地位。 /p p 　　借助质谱仪的帮助，研究组采集了18位俄罗斯航天员血液样本内125种蛋白质的浓度，血样采集方式分别是在他们升空之前30天采一次血，返回地球之后立即采一次血，在地球上修整7天之后最后再采一次血。 /p p 　　这样的做法让他们能够观察在此期间航天员们血液内蛋白质成分含量的波动，并观察人体需要多长时间才能重新将各项指标调整回原先的水平。 /p p 　　在俄罗斯斯科尔科沃科技学院和莫斯科物理技术学院任职的叶夫根尼· 尼古拉耶夫(Evgeny Nikolaev)教授表示：“为了这项研究，我们采集了一系列蛋白质-非感染性疾病生物标记物。分析结果显示，在失重环境下，人体免疫系统的反应类似人体遭受感染后的反应，这是因为人体并不清楚该如何面对这种不熟悉的环境，因此便开启了全部可能的防御系统。” /p p 　　研究人员发现某些类型的蛋白质在整个过程中始终保持着稳定水平，另外一些蛋白质水平则出现了变化，但也很快恢复正常，但也有一部分蛋白质的浓度水平恢复过程较慢。 /p p 　　目前世界上各大航天机构都在积极谋划更加长期的深空载人飞行计划，此时此刻加深对于长期太空旅行可能对人体产生的影响就显得至关重要，这项研究结果显示人体似乎并不具备应对太空飞行的相应机制，因此必须竭尽全力尝试适应。 /p p 　　接下来，研究组打算继续深入分析，并针对更多特定的蛋白质进行研究，以便了解其背后的深层次机制。尼古拉耶夫教授指出：“在这项研究中，我们使用了定量蛋白质组学来对航天员血液样本进行分析，因此我们不仅能够检测到蛋白质的存在，它们的浓度也都能测定。”他说：“我们未来将用这种方法针对更多不同类型的蛋白质进行分析，观察它们与人体适应太空环境之间的对应联系。而为了更好地开展研究，未来还计划让航天员们在太空执行任务期间进行血液采样分析。” /p p /p

澳大利亚一项临床前研究表明，在控制糖尿病、中风和心脏病等疾病方面，调整饮食结构可能比服用药物更有效。研究显示，营养（包括总热量和常量营养平衡）对衰老和代谢健康的影响比3种常用糖尿病和延缓衰老药物更大。日前，相关成果发表于《细胞—代谢》。　　这项研究建立在该团队在小鼠和人类身上进行的开拓性工作基础上，证明了饮食以及蛋白质、脂肪和碳水化合物的特定组合对衰老、肥胖、心脏病、免疫功能障碍和代谢性疾病（如Ⅱ型糖尿病等）风险的保护作用。　　人们一直在努力寻找不改变饮食情况下改善代谢健康和衰老的药物。“饮食是一剂良药。然而，目前给药时没有考虑它们能否以及如何与饮食成分相互作用——即使这些药物的作用方式和营养信号通路与饮食相同。”论文通讯作者、悉尼大学查尔斯帕金斯中心学术主任教授Stephen Simpson说。　　因此，研究人员着手研究药物或饮食在重塑营养感知和其他代谢途径方面是否更有效，以及药物和饮食间的相互作用是否使其更有效。　　研究团队设计了一项复杂的小鼠研究，包括了40种不同方法，每种方法的蛋白质、脂肪和碳水化合物、卡路里和药物含量都不同。该研究旨在检测3种抗衰老药物对肝脏的影响，肝脏是调节新陈代谢的关键器官。　　这项研究的一个关键优势是使用了Simpson和同事David Raubenheimer开发的营养几何框架。这个框架使研究人员能够考虑不同营养成分的混合及相互作用如何影响健康和疾病，而不是单独关注任何一种营养成分——这是其他营养研究的局限所在。　　“我们发现，饮食结构比药物的作用要大得多。药物在很大程度上抑制了人们对饮食的反应，而不是重塑它们。”Simpson表示，“考虑到人类和老鼠本质上有相同的营养信号传递途径，研究表明，与服用药物相比，人们通过改变饮食改善新陈代谢健康会获得更好的效果。”　　研究结果有助于理解“我们吃什么”与“我们如何变老”之间的机制。　　研究发现，饮食中的卡路里摄入和常量营养素（蛋白质、脂肪和碳水化合物）的平衡对肝脏有很大的影响。蛋白质和总热量的摄入对代谢途径以及控制细胞功能的基本过程有着特别大的影响。例如，摄入蛋白质的量会影响线粒体的活动，后者是细胞中产生能量的部分。　　这就产生了一种下游效应，因为蛋白质和饮食能量的摄入会影响细胞将其基因转化为不同蛋白质（帮助细胞正常运作和生成新细胞）的准确性，而这两个基本过程都与衰老有关。　　相比之下，药物的作用主要是抑制细胞对饮食的代谢反应，而不是从根本上重塑它们。　　然而，研究人员也发现了药物的生化效应和饮食成分之间的一些更具体的相互作用。一种抗衰老药物对由膳食脂肪和碳水化合物引起的细胞变化有更大的影响，而一种癌症药物和另一种糖尿病药物都能阻断膳食蛋白质对产生能量的线粒体的影响。　　论文作者之一、查尔斯珀金斯中心教授David Le Couteur表示，尽管这项研究非常复杂，但它表明同时研究多种不同的饮食是多么重要，而不仅仅是比较几种不同的饮食。“我们都知道吃什么会影响健康，但这项研究表明，食物会显著影响人体细胞的许多过程。这让我们深入了解饮食如何影响健康和衰老。”　　相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.cmet.2021.10.016

p style=" text-align: justify line-height: 1.75em text-indent: 2em " strong style=" text-indent: 2em " 仪器信息网讯 /strong span style=" text-indent: 2em " & nbsp 2020年，新型冠状病毒肺炎在中国和国际的迅速传播引发了全球卫生紧急情况。仪器信息网在密切关注疫情发展态势的同时，也更加关注病毒感染的致病机理等相关研究进展。近年来，组学研究成为生命科学基础研究领域的重点，对于病理、毒理学、药物动力学等具有重要价值，相关高水平学术期刊大量报道了科研人员利用组学技术开展的病毒致病病理学的研究成果，也对于此次疫情的进一步研究具有一定参考意义。 /span /p p style=" line-height: 1.75em text-align: justify text-indent: 2em " 基于此，仪器信息网推出了 a href=" https://www.instrument.com.cn/zt/omics2020" target=" _blank" style=" color: rgb(0, 112, 192) text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong “组学技术在病毒感染致病机制中的亮点研究及技术进展”专题 /strong /span /a ，为广大业内专家及用户介绍基于蛋白组学或代谢组学等多组学技术在病毒感染致病机制中的研究应用及技术进展，增强业界专家与仪器企业之间的信息交流，提供更丰富、更专业的技术文章，谨以此致敬所有奋战在抗疫一线的白衣天使以及幕后深耕的研究学者。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 新型冠状病毒（SARS-CoV-2）感染的新型肺炎（COVID-19）疫情正在全世界范围内持续蔓延，引发的感染人数不断增加。截止到目前，全球感染人数已近300万，每天新增报告人数超过8万。由此疫情引发的社会影响不但扩大，让人们再一次感受到传染性病毒研究的紧迫性。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 科研界已有大量研究论文对SARS-CoV-2 病毒基因结构特点，COVID-19的流行病学和临床特征进行了较为系统性的研究。然而，SARS-CoV-2 病毒进入人体后，如何引起体内代谢水平的变化，以及这些变化如何影响患者及预后水平尚未可知。代谢组学和脂质组学技术作为精准医疗研究的重要组成部分，在中东呼吸综合征，埃博拉病毒，SARS-Cov-2等病毒研究中体现出重要价值，帮助研究人员确定病毒侵染宿主后代谢物的变化，阐明致病潜在机制、寻找诊断生物标志物，以及疾病分期分型等 sup [1] /sup 。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 因此，采用代谢组学和脂质组学技术研究SARS-CoV-2对机体系统的损害及其潜在机制，可以帮助研究人员更快的发现药物靶点，开发诊断和预后评价生物标志物，以便及时诊断，有效地治疗COVID-19患者，并降低死亡率。本文中将对 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 病毒感染中基于代谢组学和脂质组学的代表性研究成果和进展做简要的介绍 /strong /span 。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " span style=" color: rgb(192, 0, 0) " strong 1.& nbsp & nbsp 基于Orbitrap的多组学技术研究新冠肺炎轻重症患者分型和生物标志物 /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 根据新冠状病毒感染的肺炎诊断和治疗计划，患有合并症的老年人更容易感染SARS-CoV-2，尤其是那些患有高血压，冠心病或糖尿病的人。 此外，CVD患者如果感染SARS-CoV-2，则更有可能出现严重症状 sup [2] /sup 。另据世界卫生组织调查，新冠肺炎患者大约80%患者症状较轻，14%左右发展为严重疾病，5%左右属于重症病例，其中，重症患者的死亡率超过50%。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 在临床治疗中，为什么轻症患者会在短时间内迅速演变为重症成为急需解决的难题之一。国内西湖大学生命科学学院郭天南教授与合作团队，采用Q Exactive HF-X和 Q Exactive HF质谱分别对新冠肺炎患者血液中的蛋白质，代谢物和脂质进行系统考察，研究结果以预印本形式发表在2020年4月在medRxiv杂志上 sup [3] /sup 。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 研究人员发现，新冠肺炎重症患者的样本中出现了93种特有的蛋白表达和204个特征性改变的代谢分子。这些变化中，可以发现100多种代谢物和100多种脂质均出现显著下调，而21-羟基孕烯醇酮增加，犬尿氨酸通路被激活；鞘脂，胆碱，甘油磷脂等脂类分子降低显著。这些代谢物的变化与患者体内的巨噬细胞、补体系统、血小板脱颗粒有关。并通过机器学习分析方法，整合蛋白质组、临床、生物、代谢组、计算等多学科数据筛选出重症患者特征性的22个蛋白质和7个代谢物。这些体内分子水平的变化，为临床疾病分型，重症病人的早期诊断，以及治疗手段提供理论依据，有望为预测轻症患者向重症发展提供导向。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 1015px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/2fb6f9ca-0c41-4122-b672-22354f5f53b2.jpg" title=" 图片 1.png" alt=" 图片 1.png" width=" 600" height=" 1015" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center line-height: 1.75em text-indent: 2em " 图1a: 新冠肺炎轻重症患者差异性蛋白，代谢物，脂质 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/10894884-5a7c-47f4-918d-6c15cd2bafff.jpg" title=" 图片 2.png" alt=" 图片 2.png" / /p p style=" text-align: center line-height: 1.75em text-indent: 2em " 图1b:机器学习预测重症患者 /p p style=" text-align: justify line-height: 1.75em text-indent: 2em " strong /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 2. 基于Q Exactive代谢组学技术研究免疫应答的过程 /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 目前全球共有数十个科研团队在加紧进行针对新冠病毒的疫苗研发工作，中国和美国已经有一些项目进入临床试验，期望更早一步将研究成果应用到健康人身上。根据临床经验，疫苗虽然可以预防许多疾病，但不同人群接种同一种疫苗后，所产生的免疫反应和预防效果也有很大的不同。2017年发表在Cell 杂志的一项研究表明[4]，小分子代谢物对免疫细胞的增殖分化及其功能息息相关。整合转录组学和代谢组学研究显示，代谢反应是人类对带状疱疹病毒疫苗的免疫反应有效性的基础。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 447px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/3d25f14c-316f-49ec-b968-36f1e3aa53df.jpg" title=" 图片3.png" alt=" 图片3.png" width=" 600" height=" 447" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center line-height: 1.75em text-indent: 2em " 图2:接种疫苗后，体内免疫应答过程 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 研究人员开展了病毒疫苗接种在健康成人上的纵向研究，分别收集接种前和接种后的血液进行转录组学和代谢组学分析。研究结果显示，接种疫苗后第1天起，嘌呤代谢，亚油酸代谢、蛋氨酸和半胱氨酸代谢、甘油磷脂代谢和糖磷脂代谢等于转录组学密切相关。并构建MMRN网络，结合接种者年龄、性别和病毒载量相关的网络来预测有效性，揭示甾醇代谢基因和代谢物之间的联系，而磷酸肌醇代谢提供了代谢表型，影响免疫结果。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 通过此项研究，可以帮助研究人员对疫苗接种的免疫反应进行情境分析，确定影响疗效的相关因素，同时为免疫反应提供新的生物学见解，促进未来的生物标记物研究和疫苗开发。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 3.机制研究助力广谱抗病毒药物的研发 /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " SARS-CoV-2 病毒引起的严重疫情的主要原因，除了和病毒本身传播力强有关之外，也与尚未有获得批准的特定药物或疫苗因素有关。而全球医疗体系在冠状病毒治疗药物方面还处于非常被动的层面。采用组学技术研究病毒侵染人体后，机体代谢水平的变化及其机制的研究，可以发现病毒侵染人体的代谢通路。为发现抗病毒新药靶点，以及广谱抗病毒药物的研发提供依据。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 病毒在侵染机体的过程中，需要利用宿主的新陈代谢，通过重构宿主的代谢途径进行复制。核苷酸，蛋白质和脂质合成是病毒侵染宿主的主要物质基础。研究人员通过培养SARS-CoV-2感染的组织细胞，雪貂和COVID-19已故病人样本表明，病毒感染会显着抑制NAD代谢组，雪貂和人类的SARS-CoV-2感染下调了色氨酸和烟酸（NA）的NAD合成，同时上调了烟酰胺（NAM）和烟酰胺核苷（NR）的合成能力，这可能会给细胞带来巨大压力。基因表达和药理学数据表明，通过烟考酰胺和烟酰胺核糖苷激酶途径增强NAD +可能恢复抗病毒PARP功能以支持对SARS-CoV-2的先天免疫[5]。这一研究成果与西湖大学研究团队不同，可能与选择的模型和疾病所处的分期有关。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 300px height: 382px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/791a8568-1db4-46f2-897f-4ed6ae782fba.jpg" title=" 图片 4.png" alt=" 图片 4.png" width=" 300" height=" 382" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center line-height: 1.75em text-indent: 2em " 图3: SARS-CoV-2 感染后体内NAD+等代谢变化 /p p style=" text-align: justify line-height: 1.75em text-indent: 2em " & nbsp span style=" text-indent: 2em " Nils C. Gassen等对SARS-CoV-2控制的自噬的分析表明，亚精胺，MK-2206和烟酰胺可能是潜在有效的抗病毒药物。既有研究显示，基于自噬等新陈代谢相关的方法显著降低了高致病性中东呼吸综合征（MERS）-CoV的传播。 /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 588px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/e58e71b3-b417-4030-9036-a049097f5194.jpg" title=" 图片 5.png" alt=" 图片 5.png" width=" 600" height=" 588" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center line-height: 1.75em text-indent: 2em " 图4: SARS-CoV-2 影响的主要代谢通路 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 研究人员发现，SARS-CoV-2感染通过干扰多种代谢途径来限制自噬，采用化合物干预手段来干预自噬过程，可降低SARS-CoV-2 在体外的传播。自噬信号传导和代谢组学技术深入分析表明，SARS-28 CoV-2通过限制AMP蛋白激活激酶（AMPK）和雷帕霉素复合物1（mTORC1）的激活来减少糖酵解和蛋白翻译，减少自噬。病毒感染会下调自噬诱导的亚精胺合成，促进自噬引发的Beclin-1（BECN1）的AKT1 / SKP2依赖性降解。 通过外源给予亚精胺，AKT抑制剂MK-2206，Beclin-1稳定剂，烟酰胺可抑制SARS-CoV-2的传播 sup [6] /sup 。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify line-height: 1.75em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 4.赛默飞代谢组学和脂质组学技术方案 /strong /span /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify line-height: 1.75em " 由于代谢组学样本的高度复杂性和代谢物的特征，研究者在病毒研究中遇到了诸多的挑战，特别是提高代谢物组覆盖率，更高的灵敏度诉求、大队列研究中的稳定性和重现性，代谢物鉴定等方面一直制约着代谢组学学科的发展。要想获得高质量、高准确度的分析结果，对平台技术的建设和提升无疑也是极为重要的。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify line-height: 1.75em " 赛默飞作为生命科学仪器领域的领导者，致力于帮助科研人员收获代谢组学和脂质组学技术在病毒研究中的作用，深度探究病毒侵染宿主的代谢分子变化机制，加速生物标志物和抗病毒药物的发现。我们已在色谱分离、质谱检测与生物信息软件等方向构建了非常有特色的完整解决方案。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify line-height: 1.75em " 解决方案包含四部分：（1）推荐的样品制备方法；（2）不同色谱分离手段：如LC（亲水性的HILIC、疏水性的C30和常规C18）、GC和离子色谱构成；（3）质谱检测平台：由定性定量的Orbitrap平台（Q Exactive 系列、Exploris 480，Fusion系列），以及三重四级杆系列（TSQ Altis、Quantis）构成；（4）数据处理平台：由侧重非靶标代谢组学和代谢流的Compound Discoverer软件、脂质组学软件LipidSearch，以及大规模代谢物靶向定量的TraceFinder软件组成。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/d1ee2acf-1ea6-4c7f-a7e1-382c0c978f5a.jpg" title=" 图片 6.png" alt=" 图片 6.png" / /p p style=" text-align: center line-height: 1.75em text-indent: 2em " 图5：赛默飞代谢组学解决方案 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " strong 4.1 特色解决方案1：离子色谱解决极性大代谢物分析难题 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 作为病毒侵染宿主重要的物质，糖酵解途径代谢产物、三羧酸循环代谢产物，NAD+以及核苷酸代谢物，因其重要的生物学功能，在代谢组学研究中越来越受到重视。以往这类化合物的检测，研究者多采用GC-MS技术，但由于这些代谢物的极性强、挥发性低，往往需要进行衍生化处理，大大增加研究者的工作量和数据挖掘过程中的不确定性。离子色谱作为液相色谱的一种，对糖类、氨基酸、核酸、有机酸等物质的分析起着重要的作用 sup [7] /sup 。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/9d130aa3-a2e5-4eaa-9c6c-7a7a2d7b59b2.jpg" title=" 图片 7.png" alt=" 图片 7.png" / /p p style=" text-align: center line-height: 1.75em text-indent: 2em " 图6：糖酵解途径中单磷酸糖类离子色谱研究 /p p style=" text-align: justify line-height: 1.75em text-indent: 2em " strong /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " strong 4.2 特色解决方案2：稳定同位素标记技术（代谢流组学） /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 传统代谢组学分析的结果不能提供有关细胞内代谢率和代谢途径活性的信息 sup [8] /sup 。例如，丰度的变化提高可能来源于上游物质产量的增加，但也可能来自于下游物质消耗量的减少。同时应注意的是，生物体内的代谢物来源可能存在多条路径，因此代谢物丰度的变化也可能来源于已知或未知的代谢通路。因此，单纯从代谢物丰度变化的显著程度来解释疾病发生发展的过程，存在很大的不确定性。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 确定代谢物在代谢途径中的作用的最有希望的方法之一是“稳定同位素”示踪剂跟踪其去向 sup [8] /sup 。通过稳定同位素标记的葡萄糖或谷氨酰胺（含有 13C、15N），检测下游代谢物的稳定同位素标记的状态，代谢流量等参数，深度挖掘代谢物的精确流向，可提供相关代谢物在某一流路的动态变化信息。这项技术已成为近年来的研究热点技术之一，在肿瘤、糖尿病等疾病机制研究中大放异彩。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 多项研究表明，仪器的质量分辨率在代谢流研究中起着非常重要的作用 sup [8-9] /sup 。足够高的分辨率和质量精度可以排除背景离子干扰，从而在未知代谢物发现和代谢途径方面获得更好的结果。Demo实验室采用含有稳定同位素标记的 13C6葡萄糖和 sup [13] /sup C5 sup [15] /sup N2谷氨酰胺培养基中培养MDB-MA-231细胞， 24小时后检测样品中三磷酸腺苷（ATP）含量的变化。 随着仪器上的MS分辨率增加，同位素峰变得更加明确，13C和15N双标记的同位素代谢物在更高分辨率下得到基线分离。结果表明，高分辨率和稳定的质量准确度是准确分别同位素标记代谢物的重要因素，帮助更准确的示踪复杂样品中的代谢物同位素，确认代谢途径。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " & nbsp /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 377px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/b508ada2-56d5-493a-8837-a1075fed2739.jpg" title=" 图片 8.png" alt=" 图片 8.png" width=" 600" height=" 377" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center line-height: 1.75em text-indent: 2em " 图7：超高分辨率在区分ATP精细同位素上的重要性 /p p style=" text-align: justify line-height: 1.75em text-indent: 2em " strong /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " strong 4.3 特色解决方案3：脂质组学 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 我们看到在新冠病毒肺炎研究中，脂类发生了非常显著的变化。脂质组学作为一门新兴的研究学科，其成果对科学家深入理解细胞生理和病理过程十分重要。作为代谢组学的重要分支，脂质组学在研究细胞凋亡、信号传导、疾病感染、免疫功能、新生儿代谢缺陷等方面起着重要的作用 sup [9] /sup 。脂类化合物的代谢还与糖尿病、肝癌、肾病、乳腺癌密切相关 sup [10-12] /sup 。“十三五”重大项目指南，国家自然科学基金委员会等重大项目指南中，均把脂质研究列为重点研究专项，期望通过特异性脂质生物标记物的分析，我们有希望区分健康人群与患病风险人群，进行疾病早期诊断，为脂代谢紊乱疾病的预防和治疗提供理论基础 span style=" text-indent: 2em " & nbsp sup [10] /sup 。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 赛默飞和业内科学家紧密合作，在脂质组学应用中开发了完整的靶标和非靶标脂质组学分析流程，配合LipidSearch 专业脂质组学数据处理软件，可以快速实现脂质分子的自动鉴定和相对定量。 /p p style=" text-align: justify line-height: 1.75em text-indent: 2em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/fc1f1ac9-dc21-42ac-bf6d-766e3d9467c3.jpg" title=" 图片 9.png" alt=" 图片 9.png" / br/ /p p style=" text-align: center line-height: 1.75em text-indent: 2em " 图8：赛默飞脂质组学方案 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 我们期望通过全球各个国家和各个行业的共同协作，在攻克新型病毒上努力行动。作为赛默飞的成员，希望通过本文基于Orbitrap的多组学技术在SARS-CoV-2 研究进展的梳理，帮助一线的医务工作者和科研人员更好的发力，早日战胜这场疫情。谨以此文致敬白衣天使和深耕医学研究的学者。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 参考文献： /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 1.& nbsp Beger R D , Dunn W , Schmidt M A , et al. Metabolomics enables precision medicine: “A White Paper, Community Perspective”[J]. Metabolomics, 2016, 12(9):149. /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 2.& nbsp Zheng YY, Ma YT, Zhang JY, Xie X. Nat Rev Cardiol. COVID-19 and the cardiovascular system. 2020 May 17(5):259-260. doi: 10.1038/s41569-020-0360-5. /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 3.& nbsp Proteomic and Metabolomic Characterization of COVID-19 Patient Sera.https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.04.07.20054585v1 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 4.& nbsp Li S, Sullivan NL, Rouphael N, et al. Metabolic Phenotypes of Response to Vaccination in Humans. Cell. 2017 169(5):862–877.e17. doi:10.1016/j.cell.2017.04.026 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 5.& nbsp Coronavirus Infection and PARP Expression Dysregulate the NAD Metabolome: A Potentially Actionable Component of Innate Immunity /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 6.& nbsp N. C. Gassen et al., SKP2 attenuates autophagy through Beclin1-ubiquitination and its 235 inhibition reduces MERS-Coronavirus infection. Nat Commun 10, 5770 (2019). /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 7.& nbsp Wang J, Christison TT, Misuno K, et al. Metabolomic profiling of anionic metabolites in head and neck cancer cells by capillary ion chromatography with Orbitrap mass spectrometry. Anal Chem. 2014 86(10):5116-24 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 8.& nbsp Johnson CH, Ivanisevic J, Siuzdak G. Metabolomics: beyond biomarkers and towards mechanisms. Nat Rev Mol Cell Biol. 2016 17(7):451-9 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 9.& nbsp Vaz FM, Pras-Raves M, Bootsma AH, van Kampen AH. Principles and practice of lipidomics. J Inherit Metab Dis. 2015 38(1):41-52 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 10.& nbsp 刘虎威,白玉.脂质组学及其分析方法[J].色谱,2017,35(01):86-90. /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 11. Jiang Y, Sun A, Zhao Y, et al. Proteomics identifies new therapeutic targets of early-stage hepatocellular carcinoma. Nature. 2019 567(7747):257-261 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 12.& nbsp Garcia-Bermudez J, Baudrier L, Bayraktar EC, et al. Squalene accumulation in cholesterol auxotrophic lymphomas prevents oxidative cell death.& nbsp Nature. 2019 567(7746):118-122 /p p style=" text-align: justify line-height: 1.75em text-indent: 2em " br/ span style=" text-indent: 2em " /span /p p br/ /p p style=" text-align: right " 投稿来源：赛默飞色谱与质谱 /p p br/ /p

硫化物的分解代谢可改善缺氧性脑损伤个硫化物的分解代谢可改善缺氧性脑损伤 -哺乳动物的大脑极易遭受缺氧影响- 大脑对缺氧敏感的机制尚不完全清楚。H2S是一种抑制线粒体呼吸的气体，缺氧可以诱导H2S的积累。Eizo Marutani等人研究发现，在小鼠、大鼠和自然耐缺氧的地松鼠中，大脑对缺氧的的敏感性与SQOR的水平及分解硫化物的能力成反比。硫醌氧化还原酶（sulfide: quinone oxidoreductase , SQOR）是一种谷胱甘肽还原酶家族的膜结合黄素蛋白，为硫化物氧化解毒的一种关键酶。沉默的SQOR增加了大脑对缺氧的敏感性，而神经元特异性的SQOR表达则阻止了缺氧诱导的硫化物积累、生物能量衰竭和缺血性脑损伤。降低线粒体中SQOR的表达，不仅增加了大脑对缺氧的敏感性，也增加了心脏和肝脏对缺氧的敏感性。硫化物的药理清除维持了缺氧神经元的线粒体呼吸，并使小鼠能够抵抗缺氧。相关研究于2021年5月发表在Nature子刊Nature communications上，题为《Sulfide catabolism ameliorates hypoxic brain injury》，该研究由美国马萨诸塞州总医院以及哈佛医学院共同完成。该研究团队一开始的研究方向并不是寻找可以治疗脑卒中的靶点，他们的研究方向是「人体冬眠」，就像以往科幻电影里的那种，得了某种不治之症，然后进行冷冻或者其他技术的冬眠，等待科技进步以后，再次复苏。一开始，他们是要寻找可以对小鼠进行催眠的物质，锁定在了H2S。期初，吸入H2S的小鼠进入了一种「冬眠」状态，体温下降，无法动弹。但是，令人惊讶的是，小鼠很快就对吸入H2S的影响产生了耐受性。到了第五天，他们行动正常，不再受到H2S的影响。更有趣的现象是，研究团队发现，对H2S耐受的小鼠，对缺氧也能非常好的耐受。因而研究团队提出了SQOR基因在耐缺氧中起发挥重要作用的假设。实验方法描述所有小鼠都被饲养在12小时的昼/夜循环中，温度在20-25°C之间，湿度在40%-60%之间。 -间歇性H2S吸入- 小鼠暴露于80 ppmH2S的空气中连续5天，每天4小时。实验过程中实时监测H2S浓度和FiO2。每天在H2S吸入前后测量直肠温度，以检查H2S对体温的影响。 -CO2产生量的测量- 最后一次的吸入空气或H2S24小时后，在对照组或硫化物预处理小鼠中测量二氧化碳的产生。将小鼠放置在全身体积描记系统内，并测量二氧化碳的产量。 -小鼠的缺氧和缺氧耐受性- 为了测量缺氧耐受性，在最后一次空气或H2S吸入24小时后，将小鼠放入透明的塑料室中。然后，用低氧气体混合物以1 L/min连续冲洗腔室，以达到所需的FiO2。在缺氧暴露期间连续观察小鼠最多60 min，当小鼠出现严重痛苦迹象（扭动或发作、呼吸频率低于6/分钟和尿失禁）时，将其取出，用5%异氟烷安乐死并视为死亡。 -组织采集- 将小鼠采用异氟醚麻醉，呼吸机机械通气。用空气或缺氧气体混合物通气3 min后，将小鼠进行安乐死，开始取材。实验数据a：对照组和硫化物预处理组（SPC）小鼠的体温b：二氧化碳产生率（VCO2） c：血浆中硫化物的浓度d：血浆中的硫代硫酸盐、脑组织中的硫化物浓度f：脑组织中的硫代硫酸盐、 g：存活率h：小鼠在5% O2低氧下的VCO2i：常氧和5%低氧下，脑组织中的硫化物j：per sulfide，k NADH/NAD+比l：乳酸水平。m脑组织中的SQOR相对表达量，n、o：脑组织和心脏组织中 SQOR蛋白水平p、q：离体脑线粒体的氧气消耗速率 (OCR)r：计算得到的 ATP转换率。地松鼠的缺氧耐受性和硫胺分解代谢增强研究团队用RNA沉默SQOR，发现可增加大脑对缺氧的敏感性，而神经元特异性SQOR的表达可阻止缺氧诱导的硫化物积聚、生物能衰竭和缺血性脑损伤。SQOR可改善神经元细胞的线粒体功能降低线粒体的SQOR基因的表达，不只是大脑，而且心脏、肝脏对缺氧的敏感性都增加了。硫化物清除剂的作用通过药物清除硫化物，可维持缺氧神经元的线粒体呼吸过程，使小鼠耐受缺氧。该研究阐明了硫化物分解代谢在缺氧时能量平衡中的关键作用，并确定了缺血性脑损伤的治疗靶点。 在自然界中很多强有力的证据可以证明该研究的结论。例如，已知雌性哺乳动物比雄性哺乳动物更能抵抗缺氧，而前者的SQOR水平更高。当女性的SQOR水平被人为降低时，她们就更容易缺氧(雌激素可能是观察到的SQOR增加的原因），例如更年期。此外，一些冬眠动物，如地松鼠，对缺氧有很强的耐受性，这使得它们能够在冬季身体新陈代谢减缓的情况下生存下来。一只地松鼠的大脑比同样大小的老鼠的SQOR高出100倍。该研究的主要研究者说：“人脑的SQOR水平非常低，这意味着即使是少量的H2S积累，就可以影响神经元的健康。我们希望有一天我们研发出像SQOR一样有效的药物，这些药物可以用来治疗缺血性中风，以及心脏骤停引起的缺氧。 -塔望科技-解决方案- 全身体积描记系统小鼠放置于体积描记器内，可以实时监测呼吸，也可进行低氧干预、H2S暴露。可进行低氧耐受实验，也可监测动物的 耗氧量、CO2产生量、呼吸代谢率等。全身暴露染毒系统可以进行长期H2S暴露染毒、低氧实验等。动物能量代谢系统可以综合评估动物不同处理后的各种表型变化：进食量、进水量、进食进水模式、活动量、耗氧量、CO2产生量、呼吸代谢率等。动物低氧高氧实验系统各种常压/低压/高压下的缺氧/高氧实验。可进行恒定低氧，也可进行间歇低氧。 -相关文献- Marutani E, Morita M, Hirai S et al. "Sulfide catabolism ameliorates hypoxic brain injury".[J]. Nat Commun 12, 3108 (2021). &bull end &bull

2014年11月，受中国医学科学院国家药物及代谢产物分析研究中心委托，科迈恩（北京）科技有限公司承担了《质谱成像及代谢组学数据处理软件系统》的研制开发任务。作为我国质谱成像及代谢组学研究领域的领军人物，再帕尔阿不力孜教授在中央民族大学接见了科迈恩（北京）科技有限公司李钦董事长，田润涛总经理一行，协和医学院药物研究所贺玖明副研究员，陈艳华副研究员等专家一同参加了会见。　　再帕尔阿不力孜教授首先介绍了课题组基本情况，以及课题组近十多年来在质谱成像技术以及基于小分子的药物代谢与代谢组学研究领域所取得的成果，并特别提到了课题组对包括化学计量学在内的质谱大数据挖掘软件技术的高度重视。　　科迈恩（北京）科技有限公司负责人也介绍了公司的基本情况，以及公司目前所承担的国家药典会、中检院及北大医学部等大数据平台项目的基本概况，并对课题组与科迈恩公司结成质谱成像及代谢组学大数据平台的战略合作伙伴表示感谢。科迈恩负责人同时表示将不孚重托，尽早推出高质量的软件产品，为我国的质谱成像技术的快速发展添砖加瓦。　　再帕尔阿不力孜教授对科迈恩公司朝气蓬勃的核心团队给予殷切期望，并祝双方的合作能够结出丰硕的成果。质谱成像技术简介　　MSI (Mass Spectrometry Imaging，质谱成像)是新兴的基于质谱检测技术的一种成像方法，在药学和医学等领域的应用还处于起步阶段。与其它影像技术相比，MSI技术无需标记，是一种深入到分子层面的成像技术，可以对目标和非目标性分子同时进行成像分析。MSI不仅可同时反映多种分子在空间上分布的信息，还能够提供分子结构信息。因此，其在新药研发、原位生物标志物的发现、医学临床病理诊断等方面具有非常广阔的应用前景。　　MassImager新一代质谱成像工作站所提供的高性能质谱成像分析系列功能，将为药物的靶向作用机制和毒性评价等提供整体、全面、原位的分子信息；以及通过发现原位生物标志物，了解其在疾病发生发展中的变化规律，从而在癌症等重大疾病的早期诊断及临床疗效评价等领域中发挥不可或缺的重要作用。再帕尔阿不力孜简介　　再帕尔阿不力孜，维吾尔族，理学博士，无党派人士。现任中央民族大学副校长；中国医学科学院/北京协和医学院药物研究所研究员、博士生导师，院校学术委员会执委会委员，药物研究院副院长，国家药物及代谢产物分析研究中心主任，天然药物活性物质与功能国家重点实验室副主任。国务院学位委员会第七届学科(药学)评议组成员，“863”计划项目首席专家，首批“新世纪百千万人才工程”国家级人选，享受国务院政府特殊津贴专家。中国分析测试协会常务理事，中国物理学会质谱分会副理事长，中国化学会质谱分析专业委员会副主任委员，北京质谱学会理事长。北京市政协常委。

p 　　近日，位于英国剑桥市的 Owlstone Medical 公司宣布，已获得 1500 万美元融资，用来推动 BreathBiopsy?呼吸活检平台的全球商业化，支持该平台下肺癌呼气活检检测推向市场，深度扩建多种癌症的早期检测产品管线，深入推进其精准医学服务延伸融入到制药行业。本次融资由李嘉诚名下私募投资基金 Horizons Ventures 领投，原先投资者 Aviva Ventures 等跟投。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/noimg/2fd110d1-71de-47e2-82a5-54c5e2340caa.jpg" title=" 001.png" width=" 500" height=" 450" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 500px height: 450px " / /p p 　　Owlstone Medical 已经开发出一种呼吸活检设备，通过获取患者呼吸代谢组学物质的一种非侵入性检测方法，用于早期发现并实时监测疾病活动，主要针对癌症、炎症和感染病等疾病的早期检测和诊断。其使命是要每年拯救 10 万人生命和节省 15 亿美元的医疗成本，目标要打造成癌症、传染病和炎症疾病无创诊断领域的全球领导者。 /p p 　　疾病对机体的新陈代谢有直接影响，这将会引发患者呼吸中呼出的挥发性代谢物(VOC)改变，BreathBiopsy?正是基于对这类改变的检测，而成为疾病早期诊断的关键工具。 /p p 　　其重大意义在于：有可能彻底改变癌症等疾病的早期诊断和精准医疗。该技术可以使得疾病在早期即被发现，早期指导选择正确治疗，让治疗更加有效，改善患者预后并降低医疗保健成本，可以挽救更多生命。 /p p 　　目前，该呼吸活检平台正在全世界范围内，开展以下临床试验：肺癌和结直肠癌的早期诊断价试验，针对 8 种不同类型癌症的早期诊断试验。 /p p 　　“我们很高兴 Horizons Ventures 与 Aviva 联手共同领导此轮融资。自 Owlstone 公司成立以来，我们已经确立了呼吸活检的创新开发项目，”Owlstone 的联合创始人兼首席执行官 Billy Boyle 先生说：“这笔融资资金，将使我们能够证明，我们的呼吸活检在疾病早期诊断和精准医疗领域的市场领先地位，及潜在的重要价值。” /p p 　　[1] Owlstone Medical Raises $15 Million USD (?11 million GBP) To Drive Commercialization of Its Breath Biopsy Platform /p p 　　[2] Owlstone Medical 官网 /p

走近“中药代谢组学研究平台” ——访沃特世用户黑龙江中医药大学王喜军教授 　　代谢组学是上世纪九十年代中期发展起来的一门新兴学科，是系统生物学的重要组成部分。研究中药这种成分复杂的混合物，代谢组学是最好的选择。同样，代谢组学也是中药质量控制的主要研究手段，有利于中药的出口和国际化。 　　根据代谢组学发展的要求，沃特世公司与代谢组学创始人Jeremy Nicholson教授合作，首创全球领先的超高效液相色谱UPLC技术，与高分辨质谱技术和计算技术结合，推出了以超高效液相色谱/高分辨质谱联用仪为代表的中药代谢组学研究平台。 　　2010年3月24日，仪器信息网受沃特世公司之邀，专访了沃特世中药代谢组学研究平台用户——黑龙江中医药大学王喜军教授，其结合科研实践中的使用感受，详细介绍了沃特世中药代谢组学研究平台具体应用情况。 　　Instrument：请简要介绍下目前您在中药代谢组学方向的研究课题以及所取得的科研成果。 　　王喜军教授：首先，我最开始的科研方向是天然产物及复方中药的体内代谢，即 “中药血清药物化学”。“中药血清药物化学”是在九七年提出来的，并于2002年获得了国家科技进步二等奖。在“代谢组学”概念提出后，我就将代谢组学和中药血清药物化学结合起来研究中药方剂的问题，在此基础上进一步提出了新的学科——中医方剂药物代谢组学。同时，我将自己所研究的课题与代谢组学“嫁接”在一起开展了中医症候本质研究。我们承担的国家973项目“基于体内直接作用物质的方剂配伍规律研究”也已经顺利结题。 　　Instrument：据悉，黑龙江省中药材GAP研究中心作为全国第一家GAP专业研究机构，是由王教授您组织建立的，请您谈谈该中心的成立背景及其主要工作内容。 　　王喜军教授：该中心是在“九五”末期“中药现代化研究及产业化行动”背景下建立的，这个主题就是要开展中药资源再生，实现可持续化发展。如果要进行中药材大面积有效生产，就要建立药材生产质量管理规范即所谓的GAP。实际上GAP是一个大概念，真正的GAP就是每种药材生产过程中的SOP(标准操作规程)。 　　该中心主要工作内容就是把黑龙江地道药材按GAP要求进行管理，但这就需要一个专业团队来进行具体研究，以获得相关的实验室试验数据做支撑。黑龙江省中药材GAP研究中心成立后已经先后完成八种黑龙江省的地道药材的GAP研究工作。此外，该中心还解决了中药材大面积生产过程中病害的无公害防治技术，提出了以中药治疗药用植物病害的理念，结束了中药只治疗动物和人类疾病的历史。GAP研究使得中药材生产由农民散在的经验模式种植，进入了科学管理规范状态。 　　Instrument：请问贵单位在科研工作中主要用到什么分析仪器?其中哪些属于沃特世“中药代谢组学研究平台”的产品?这个平台对您的科研工作起到了怎样的支撑作用? 　　王喜军教授：中药学是一门综合学科，我主攻体内分析方面的研究，所以分析仪器设备是非常关键的一个环节。目前科研工作中我们主要用到UPLC® 、Q-TOF、SYNAPT™ HDMS 、GC-MS等，另外还包括一些常规分析仪器，比如紫外分光光度计以及PCR等一些分子生物学仪器，其中大部分分析仪器都是沃特世产品。 　　由于我的专业是生药学，所以科研研究的核心还是药材品种质量。虽然一般分析仪器都能满足日常科研需要，但是不同分析仪器做出来的效果还是有差别的。如果科研需要更高要求的数据，那就对分析仪器质量性能提出了挑战。根据多年来使用感受，我认为沃特世公司的仪器在检测分辨率以及后期数据处理的工作站等方面都是不错的。 　　中药学无论是质量、活性成分研究以及效应评价，都不能以一种先入为主的态度去研究，而是需要先更多地去认识中药，然后才能更好地解析中药。如果一种仪器设备或手段能够提供更多的信息来让我了解中药，这个仪器可能就是比较好的。只有深入认识中药之后，才可能产生新的思路去研究它。而UPLC就提供了这样一个平台，可以让研究人员在短期内了解被分析样品大量的信息，提供良好数据支持新的思维。沃特世最早推出UPLC/ Q-TOF，它在使分离时间缩短的同时检测分辨率也相应提高，能够更快更好地检测出更多的被测成分。九十年代初，能够鉴定血清中三、五个成分就已经很不错了，而现在已经可以鉴定出四、五十个成分 当时需要用两小时进行分析检测，而现在可能只需要十分钟，这就是UPLC/Q-TOF的优势所在。 　　Instrument：据了解，王教授您最早购买了一台Q-TOF Micro质谱仪之后又购进一台SYNAPT HDMS质谱仪，请问是因为您所做的研究必须同时购置这两种仪器吗?这两种仪器对您的研究都有哪些帮助? 　　王喜军教授：因为我个人比较关注新技术、新产品，所以沃特世推出新品之后，我就希望了解新品的优势能具体解决科研中什么问题。比如SYNAPT™ HDMS质谱仪采用四极杆-离子淌度-飞行时间串联之后，与单纯Q-TOF相比，除了具有常规质谱仪按质量/电荷比分离的功能外，还能按照被检测物离子尺寸和形状来分离化合物。对于中药复杂成分来讲，有可能分开传统质谱不能分开的同分异构体分子，这无疑使得检测范围扩大，灵敏度提升。我在科研工作中使用SYNAPT HDMS，就是期望有可能开辟一个新的科研方向。 　　在已有仪器设备所限定的思维模式下，需要换一种新方法、新手段从而产生新的突破。人的思维与其知识积累、掌握的材料有关，一种新仪器提供的数据很有可能改变既有思维模式。例如我们目前所做的刺五加不同花丝长度的分析就采用这台质谱仪，它解决了科研过程中一些检测上的问题，包括后期多级分析。 　　Instrument：作为沃特世“中药代谢组学研究平台”的用户，您能否评价一下沃特世公司产品的性能以及该公司的售后服务? 　　王喜军教授：我在日本读博的时候就开始使用沃特世仪器，当时我们实验室里很多液相色谱仪都是Waters 990，所以对沃特世产品印象很深。我回国后留校从事科研教学工作，学校非常支持我的科研工作。根据我在日本留学时候的体会，建议学校购进了两台Waters 2996。随着沃特世仪器的不断升级以及研究领域的开拓整合，包括后期推出的中药代谢组学平台，逐渐引起我极大的兴趣，所以我在深入了解沃特世产品之后，决定将UPLC以及SYNAPT HDMS 和代谢组学软件MarkerLynx™ 引进来，用于我所从事的中药研究，以期待解决很多分析检测方面的问题。关于这部分，还需要提及了软件处理方面的重要性，一个应用平台要成功除了系统的硬件组成部分要过硬之外，很大程度上还取决于其软件支持方面 ，沃特世公司除了在硬件的稳定性、灵敏度方面不遗余力之外，还开发了配套的软件程序以帮助用户从复杂的质谱图中快速智能地查找出具有生物意义的标记物。例如，目前我们进行的疾病模型、方剂的配伍规律以及中药材基源物质的遗传多样性表型分析等方面研究都在使用这个中药代谢组学平台。 　　我经常给学生讲，无所谓什么好的手段或好的仪器，能解决问题的就是最好的。我需要质谱与前端分析仪器有效的整合成一种平台，在短时间内使得相似有效成分分离然后才能去检测。我之所以选择沃特世产品，就是因为其产品整合的比较好。其实从目前来讲，各种品牌的质谱仪之间的差别已经不是很大了，而如何将前端的分析仪器和后端的检测仪器有效地整合起来，使得从分析检测数据的采集到后期工作站数据的处理有效连贯起来，这就对不同品牌的仪器提出了较高的要求。不同研究课题之间的联系、通用、互用、整合，就要求检测仪器以及研究方法的一致性，检测手段连贯性、统一性、承接性。而沃特世产品很好的做到了这一点，所以我一直很信赖他们的产品。 　　我非常关注仪器的维修及时性问题。因为仪器使用过程中不可能预测何时会出现故障，何时需要维修，一旦出现故障，就需要维修或者及时更换零配件，否则仪器“停”了，整个研究工作也就停滞了。再加上我们所做的大部分都是生物样品，即使有低温冰箱也不行，很多成分还是在变化，这对科研项目来讲是非常致命的。不过通过与沃特世长期合作以及与其高层的沟通之后，这些问题目前解决的还是不错的，令人满意。

此次推出的生物转化解决方案采用了首款实现商用的蛋白质分解产物自动鉴定软件，能够加快代谢物和分解产物的鉴定速度。马萨诸塞州弗雷明翰 （2017 年 3 月 29 日） 全球知名的生命科学分析技术公司 SCIEX 今天宣布，其不断壮大的药物发现和开发解决方案家族再添新成员。常规生物转化解决方案和高级生物转化解决方案采用 SCIEX 全新的 MetabolitePilotTM 2.0 软件。这些全新的解决方案能够实现小分子代谢和生物制剂分解代谢研究的自动化，并且可以加快研究速度。两种解决方案均具备自动化结构解读、高级处理选项和抗体偶联药物 (ADC) 分析模板等功能，可以提供直观的代谢数据处理，从而提高常规和全面代谢物鉴定研究的效率，并节省成本。生物转化研究是小分子和大分子药物开发的必要组成部分。无论研究人员是迫切需要在药物发现中找到软点并确定代谢物，还是希望有十足把握确定药物开发中所有可检测的代谢物或多肽分解产物，SCIEX 都能提供可以满足科学家要求的集成式解决方案。SCIEX 的常规生物转化解决方案由 ExionLC™ AD 系统、X500 系列 QTOF 系统（四极杆飞行时间）平台和 MetabolitePilot 2.0 软件组成。SCIEX 操作系统的用户界面简单易用，能帮助制药研究人员简化小分子和大分子的高通量代谢物鉴定与软点分析。该解决方案可以鉴定化合物的主要代谢物，并以尽可能简单的方式向化学家和生物学家报告，能够迅速、准确地完成高通量筛选，从而缩短项目周期。SCIEX 的高级生物转化解决方案在 SCIEX TripleTOF® 6600 系统上使用客观公正的 SWATH® 采集技术，只需一次进样就能开展深入、全面的代谢/分解代谢研究。如今，利用 MetabolitePilot 2.0 软件，需要全面鉴定分子的所有代谢物和生物转化产物的制药研究人员能够实现代谢物和分解产物数据的自动化处理，这样就可以高度精确地鉴定传统小分子代谢物和复杂生物制剂分解产物的结构。“截至目前，在进行生物制剂分解代谢研究时，客户可以选择的处理软件并不多。此外，数据处理和解读通常都是手动进行，耗时耗力。这些采用 MetabolitePilot 2.0 软件的新型解决方案能够对生物制剂分解代谢数据进行智能处理。”SCIEX 制药/CRO 业务高级总监 Farzana Azam 说，“通过结合使用 SWATH 采集技术，研究人员只需一次进样就能完成分析，并且可以实现样品的全面覆盖。这让他们有信心不漏掉任何重要的低水平含量代谢物/分解产物。生物转化解决方案提供灵活的选择，不但可以快速鉴定代谢物和分解产物，而且能够进行更深入的代谢和分解代谢研究，还可以实现快速处理。”要详细了解如何革新生物转化研究和探索 SCIEX 的生物转化解决方案，请访问：sciex.com/biotransform###SCIEX 简介SCIEX 帮助科学家和实验室分析人员寻找解决方案来战胜他们面临的复杂分析挑战，从而改善我们生存的世界。凭借在毛细管电泳色谱和液相色谱-质谱行业的全球领导地位和世界一流的服务与支持，公司成为全球数以万计的科学家和实验室分析人员值得信赖的合作伙伴，这些人员主要从事基础研究、药物研发、食品和环境检测、法医学及临床研究工作。SCIEX 拥有 40 多年的创新历史，擅长通过倾听客户心声和理解客户不断变化的需求，开发可靠、灵敏且直观的解决方案，不断重新定义常规和复杂分析可以实现的成果。有关详细信息，请访问 sciex.com。SCIEX 社交帐号：Twitter： @SCIEXnews、LinkedIn、Facebook。仅限研究使用，不可用于诊断程序。RUO-MKT-12-4947-AAB Sciex 以 SCIEX 的名义开展业务。© 2017 AB Sciex.本文涉及的商标均归 AB Sciex Pte.Ltd. 或其各自的所有者所有。AB Sciex™ 的使用已获得许可。联系信息 Stacey Sicurella SCIEX 全球公关和品牌经理 stacey.sicurella@sciex.com 508-688-7958编辑跟进 Patrick Farrell Sniper Public Relations（代表 SCIEX） pfarrell@sniperpr.com 603-583-5488

p 　 strong 　仪器信息网讯 /strong 2016年5月6日，由中国科学院大连化学物理研究所代谢组学研究中心与大连达硕信息技术有限公司联合主办的代谢组学研究最新进展与代谢物鉴定分析交流会通过仪器信息网网络讲堂平台顺利举行。 /p p 　　本次会议采取了网络直播与现场会议相结合的模式，300多名用户报名参加了在线的网络直播会议，同时有近50名来自有大连理工大学、黑龙江中医药大学等高校的研究人员在大连化物所参加了现场会议。 /p p 　　据介绍，本次交流会的举行主要是为了庆祝OSI/SMMS 代谢组学小分子化合物快速鉴定分析软件系统开发完成。该系统由大连达硕信息技术有限公司与中国科学院大连化学物理研究所代谢组学研究中心共同开发完成，基于近2000个标准化合物，4个主流网络数据库，以及用户自建数据库，可实现代谢物的快速、批量、准确定性分析。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 会议直播.jpg" style=" HEIGHT: 347px WIDTH: 500px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201609/insimg/dc5e6755-def3-4ad1-b27d-8b13c1d917d8.jpg" width=" 500" height=" 347" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 许国旺2c.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201605/insimg/606abeb9-aeb1-45dc-937f-46d81e32daad.jpg" / /p p 　　会议中，中国科学院大连化学物理研究所代谢组学研究中心许国旺研究员首先从代谢组学概述、代谢组学研究方法、代谢组学应用的新进展、前景展望等四个方面对代谢组学做了详细介绍。 /p p 　　代谢组学是研究生命体对于内在基因突变、病理生理变化以及外在环境等因素刺激作用下的体内的动态多元的代谢物响应，定性定量描述生物体内所有内源性代谢物。与其他组学相比，基因及环境因素改变而引起的变化在代谢组上体现的更为显著，并且代谢组变化快速、使得其对环境变化的应答更为及时灵敏，对于发现实际表型变化前的早期代谢扰动具有重要的潜力。目前，代谢组学在疾病、植物、肠道菌群、药物研发、食品等领域都有应用。 /p p 　　许国旺在报告中提到“基因组学和蛋白质组学告诉你可能发生了什么，而代谢组学则可以告诉你已经发生了什么，疾病变化往往在代谢组中能更早的体现出来，因而在早期疾病诊断中更具优势。” /p p 　　对于代谢组学的未来的发展，许国旺介绍说如何更好的表征代谢物，拓展代谢组学的分析能力，从而促进代谢组学在生化医学领域的应用是大家所关注的，如进行规模化代谢物鉴定，提高对所获取代谢物信息的利用率 高通量分析，应对大规模代谢组学分析 提高对低丰度代谢物信息的利用 由经典的表型发现向功能表征推进等。 /p p 　　大连达硕信息技术有限公司总经理曾仲大博士在会议中介绍了OSI/SMMS 代谢组学小分子化合物快速鉴定分析软件系统的开发背景，需要解决的主要问题，采取的解决方案和关键技术，以及相应的应用实例。 /p p 　　曾仲大介绍说代谢物的鉴定是后续深度生物解释的基础和前提。而目前普遍认为，常规方法(主要指LC-MS sup n /sup 、GC-MS和NMR)能检测和鉴别的代谢物应不到样品中代谢物总量的10-15%。一次常规的代谢组学血液分析，在所获得了成千上万质谱特征中，往往仅能鉴定出几十至上百种代谢物，且大多数情况下并没有验证其准确性。 /p p 　　OSI/SMMS 代谢组学小分子化合物快速鉴定分析软件系统融合多级质谱的精确质量数与保留时间信息，实现未知代谢物的多层次鉴定分析。该软件的特色在于快速、准确的实现未知代谢物定性，减少繁复的操作步骤，降低对使用者的要求。它拥有信息完备的自建标准数据库、集成了主流网络数据库、采用先进的定性匹配算法、能够实现多层次未知物定性，可实现定性经验的传递，以及丰富的数据库功能。 /p p 　　本次会议得到了用户的充分认可，会后仪器信息网的网友们通过多种渠道对许国旺研究员和曾仲大博士带来的精彩报告表示感谢。错过会议的网友们可查看本次网络讲座的视频回放，了解报告详细内容。请见链接： a href=" http://www.instrument.com.cn/webinar/Video/play/103101" http://www.instrument.com.cn/webinar/Video/play/103101 /a /p

胆固醇作为具有四环的脂质，是一种难以分解的强促炎分子，可加速动脉粥样硬化和非酒精性脂肪性肝炎。高胆固醇是心血管疾病的主要危险因素，目前没有药物能够通过直接促进胆固醇排泄来降低胆固醇。人类遗传学研究发现，功能丧失的去唾液酸糖蛋白受体1 (Asialoglycoprotein receptor 1, ASGR1) 变体与低胆固醇和降低心血管疾病风险有关。ASGR1仅在肝脏中表达并介导血液去唾液酸糖蛋白的内化和溶酶体降解。然而，ASGR1影响胆固醇代谢的机制尚不清楚。2022年8月3日，武汉大学宋保亮团队在Nature 在线发表题为“Inhibition of ASGR1 decreases lipid levels by promoting cholesterol excretion”的研究论文。该论文发现Asgr1缺乏通过稳定肝X受体α (liver X receptor α, LXRα) 来降低血清和肝脏中的脂质水平，LXRα上调ABCA1和ABCG5/G8，这分别促进胆固醇转运到高密度脂蛋白和排泄到胆汁和粪便。ASGR1缺乏阻断糖蛋白的内吞作用和溶酶体降解，降低溶酶体中的氨基酸水平，从而抑制mTORC1并激活AMPK，一方面AMPK通过减少其泛素连接酶BRCA1/BARD1来增加LXRα；另一方面，AMPK抑制控制脂肪生成的甾醇调节元件结合蛋白 (sterol regulatory element-binding protein, SREBP1)。抗ASGR1中和抗体通过增加胆固醇排泄来降低血脂水平，并显示出与阿托伐他汀或依折麦布这两种广泛使用的降胆固醇药物的协同有益作用。总之，该研究表明靶向ASGR1可上调LXRα、ABCA1和ABCG5/G8，抑制SREBP1和脂肪生成，从而促进胆固醇排泄并降低血脂水平。胆固醇稳态是通过肠道胆固醇吸收、血浆脂蛋白摄取、从头生物合成以及胆固醇分解代谢和排泄之间的复杂相互作用实现的。迄今为止，降胆固醇药物主要分为三大类：他汀类药物是3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶 (HMGCR) 的竞争性抑制剂，通过降低胆固醇生物合成和上调低密度脂蛋白 (LDL) 受体 (LDLR) 提高低密度脂蛋白 (LDL) 摄取来降低血浆胆固醇；依折麦布是一种肠道胆固醇吸收抑制剂，通过抑制Niemann-Pick C1样1的内吞作用来阻止胆固醇摄入；PCSK9抑制剂通过稳定LDLR4增加肝脏LDL摄取。尽管这些药物已被广泛使用，但仍有很大一部分患者患有复发性心血管疾病 (cardiovascular disease, CVD)，他们的 LDL 胆固醇水平未能达到指南中推荐的目标水平。最重要的是，这些现有的降胆固醇药物都没有通过直接促进胆固醇分解代谢或排泄来降低胆固醇。mTORC1和AMPK是感知细胞营养和控制新陈代谢的两个主要调节器，它们通过多种机制受到反向调控。尽管AMPK已被提议作为代谢疾病的潜在治疗靶点，但泛AMPK激动剂会导致心脏肥大，从而阻碍其临床应用。除了激活AMPK的组织特异性作用外，细胞AMPK还受药物、营养物质和AMP的不同调节，导致不同靶点的磷酸化。因此，选择性激活AMPK对于在没有副作用的情况下开发药物至关重要。胆固醇通过ABCG5和ABCG8异二聚体排泄到胆汁和肠腔。ABCG5或ABCG8突变导致谷甾醇血症，这是一种以甾醇积累和过早动脉粥样硬化为特征的罕见疾病。小鼠肝脏中过表达ABCG5/G8基因增加了肝胆分泌胆固醇同时降低了血浆胆固醇。ABCG5/G8的表达主要受LXR在转录水平上的调节，LXR的药理激活通过上调ABCG5/G8增加胆固醇流出。然而，LXR也增加了SREBP1（也称为 ADD1），它驱动脂肪酸生物合成基因的表达，导致肝脏脂肪有害变性和高甘油三酯血症。因此，在临床上直接使用LXR激动剂不能用于治疗高胆固醇血症。该研究揭示mTORC1和AMPK可以被ASGR1所调控。mTORC1被去唾液酸糖蛋白的溶酶体消化释放的氨基酸激活，这些氨基酸通过ASGR1介导的内吞作用进入肝细胞。抑制ASGR1会阻断受体介导的内化和随后的去唾液酸糖蛋白的溶酶体消化，从而激活AMPK并抑制mTORC1。这种机制为选择性激活AMPK提供了高度定位的信号。ASGR1的调控LXR的机制模型（图源自Nature ）胆固醇流出通过增加LXRα和ABCG5/G8，LXRα使ABCA1升高，显示更高的高密度脂蛋白 (HDL) 胆固醇和更低的低密度脂蛋白 (LDL) 胆固醇，也改善了脂蛋白谱。由于mTORC1抑制和AMPK激活，SREBP1被抑制，因此阻止了脂肪生成。此外，缺失Ttc39b增加了LXRα和ABCG5/G8而没有激活SREBP1，证实ABCG5/G8的表达可以与SREBP1的表达分离。由于ASGR1几乎只在肝细胞中表达，因此靶向ASGR1绕过了泛AMPK激动剂的不良副作用，为肝脏特异性激活AMPK和抑制mTORC1 铺平了道路。总之，该研究提供了一种独特的降低胆固醇的方法，抑制ASGR1会增加胆汁和粪便中的胆固醇排泄，ASGR1的功能丧失变体与降低非HDL胆固醇和减少复发性心血管疾病相关，这提示抑制ASGR1是治疗心血管疾病安全有效的方法。原文链接https://www.nature.com/articles/s41586-022-05006-3

南方医科大学研究团队发表相关论文，英文题目：GinsenosideRg1 mitigates morphine dependence via regulation of gut microbiota,tryptophan metabolism, and serotonergic system function。中文题目：人参皂苷Rg1通过调节肠道菌群、色氨酸代谢和血清素能系统功能减轻吗啡依赖研究背景吗啡依赖是一种毁灭性的神经精神疾病，可能与肠道菌群失调密切相关。人参皂苷Rg1(Rg1)是从人参根中提取的活性成分，对神经系统具有潜在的保健作用。然而，它在物质使用障碍中的作用仍不清楚。该文探索了Rg1在对抗吗啡依赖中的潜在调节作用。研究结果1.人参皂甙 Rg1 抑制吗啡诱导的小鼠的条件位置偏好（CPP）调理训练后各组小鼠体重略有增加，但是未观察到显著差异（图1C）。使用Smart3.0软件在15分钟内跟踪小鼠头部并记录它们的轨迹和停留时间。对照组和其他组之间的轨迹或CPP分数没有显着差异。在吗啡注射后在白室中花费的时间与基线相比以及在盐水处理后在白室中花费的时间显着增加（图1C，D），表明吗啡成功诱导CPP在实验小鼠中。MRH和MRL组与模型组相比，MRL和MRH小鼠在药物配对隔室的停留时间和轨迹显着减少。然而，在单独用人参皂甙Rg1治疗的小鼠中，没有观察到CPP评分和活动途径的变化。2.人参皂甙Rg1改善CPP小鼠肠道菌群失调阿片类药物成瘾通常与肠道菌群失调有关。为了进一步探索Rg1介导的抗成瘾机制，对粪便进行了16S rRNA 基因扩增子测序，以评估有或没有Rg1处理的CPP小鼠肠道微生物群的组成。维恩图显示了对照组和其他组小鼠共有476个OTU（图2A）。然而，对照组有1108个OTU，M组有1304个，MM组有19个，MRL组有548个，MRH组有1702个，CR组有195个。这些数据暗示了吗啡治疗诱导的肠道微生物群紊乱和人参皂苷Rg1给药后的部分恢复。值得注意的是，使用Chao1指数进行的α多样性分析显示，Rg1阻止了吗啡引起的细菌丰富度下降（图2B）；然而，各组之间的香农指数没有差异（图2C）。通过Bray-Curtis主坐标分析(PCoA)研究肠道菌群的整体结构表明，吗啡组的细菌组成发生了变化，与对照组不同，表明肠道菌群失调吗啡处理诱导了微生物群（图2D）。然而，MRL、MRH、MM和CR组显示了四种不同的细菌组成簇。值得注意的是，MRL中的微生物群与MRH组中的微生物群更紧密地聚集在一起。我们在门水平上进一步分析了每组的肠道细菌组成。人参皂甙Rg1显着增加吗啡诱导的拟杆菌门和厚壁菌门相对丰度的降低（图2E），并显着降低吗啡诱导的蓝藻和变形杆菌的相对丰度增加。在家族水平上的进一步分析显示，吗啡处理导致随着叶绿体和线粒体的增加，拟杆菌属、Sutterellaceae和Tannerellaceae的相对丰度急剧下降。在MRL和MRH组中，吗啡诱导的丰度变化不同程度地逆转（图2F，G）。此外，Kruskal-WallisH检验用于评估指定组之间在物种水平上的差异的显着性，并观察到15个优势物种（图2H）。考虑到报告显示吗啡依赖模型中拟杆菌属的丰度低于对照，我们专注于拟杆菌属物种B.vulgatus、B.xylanisolvens和B.acidifaciens。吗啡显着降低了B.acidifaciens、B.vulgatus和B.xylanisolvens 的丰度。值得注意的是，B.vulgatus的相对丰度在Rg1给药后显着增加（图2I）。除了16SrRNA 测序外，我们还用B.vulgatus特异性引物进行了定量PCR，证实吗啡显着降低了丰度，人参皂苷Rg1处理后丰度显着增加（图2J）。图片图片图23.人参皂甙 Rg1抑制肠道微生物群衍生的水平和CPP小鼠血清色氨酸代谢物在药物依赖期间，肠道代谢谱发生变化，宿主代谢途径可能发生改变。我们假设人参皂苷Rg1可能通过肠道微生物发酵过程中产生的代谢物影响CPP。基于这一理论，我们使用非靶向代谢组学来识别可能在小鼠血清和肠道中改变的关键代谢物和代谢途径。MRL组和MRH组对吗啡诱导的CPP的疗效没有观察到统计学差异；然而，行为分析数据显示，MRH组的疗效优于MRL组。因此，我们选择MRH组作为非靶向代谢组学分析的代表性药物干预组。在血清和粪便中分别鉴定出1955和559种代谢物。偏最小二乘判别分析(PLS-DA)模型分别在血清和粪便中的CONTROL、MODEL和MRH组中显示出显着的聚类分离(图3A、G)。热图分析显示，CPP导致代谢物发生显着变化，小鼠粪便和血清中共有177种代谢物（96种上调和81种下调）和69种代谢物（44种上调和25种下调）分别显着改变（图3D和J)。此外，对代谢物途径的分析表明，与对照组相比，CPP小鼠的以下途径发生了显着变化：色氨酸、α-亚麻酸、甘油磷脂、精氨酸和脯氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸代谢。值得注意的是，色氨酸代谢受到粪便和血清中吗啡的显着影响（图3B和H）。将MRH与MODEL组进行比较，在人参皂苷Rg1处理后，粪便和血清中的195种代谢物（94种上调和101种下调）和115种代谢物（60种上调和55种下调）分别显着改变（图3E和K）。代谢组学图显示色氨酸代谢受到Rg1补充的显着影响（图3C和I）。色氨酸代谢在微生物组-肠-脑轴中起关键作用。在这种情况下，我们专注于色氨酸代谢相关的代谢物。具体而言，色氨酸代谢相关代谢物的热图分析表明，参与色氨酸代谢的四种主要中间代谢物L-色氨酸、吲哚、N' -甲酰基犬尿氨酸和血清素是对吗啡的反应最显着增加的代谢物，它们的水平在Rg1处理后，粪便或血清中的含量降低。具体来说，我们发现与模型组相比，Rg1处理的肠道色氨酸和血浆血清素水平下调（图3F和L）。4.人参皂甙 Rg1 改善 CPP 小鼠海马 5-羟色胺能系统的变化血清色氨酸浓度会影响大脑的血清素系统。我们推测宿主色氨酸代谢物的变化可能与CPP小鼠的海马血清素能系统和其他神经递质有关。为了验证这一假设，使用酶联免疫吸附法检测海马和外周血清中谷氨酸、多巴胺、γ-GABA和5-HT的表达水平。在海马中，相对于对照组，CPP小鼠表现出显着升高的多巴胺水平和降低的γ-GABA水平（图4C）。然而，组间谷氨酸和血清素的浓度没有差异（图4A）。与M组相比，MRH组海马中GABA含量增加。此外，在MRL和MRH小鼠中观察到多巴胺水平显着下降。注射吗啡后血清中血清素和多巴胺水平升高，γ-GABA水平降低。所有CPP诱导的变化都被Rg1处理逆转（图4B、D、S2B）。为了进一步探索Rg1介导的抗成瘾机制，我们使用qPCR检测了小鼠海马中奖赏相关基因mRNA的相对转录水平，包括脑源性神经营养因子(BDNF)、神经营养酪氨酸激酶受体2型(TrkB)和血清素受体。与Rg1治疗组的转录水平相比，吗啡组中5-羟色胺受体（5-HTR1B和5-HTR2A）、BDNF和TrkB的转录水平因人参皂苷Rg1给药而下调（图4E、F）。这些数据表明人参皂甙Rg1可能通过抑制血清素系统来改善吗啡依赖。5.肠道微生物组的调控影响人参皂甙 Rg1 对吗啡诱导的小鼠 CPP 的抑制作用为了研究肠道菌群失调对吗啡诱导的小鼠行为的影响，我们在进行吗啡依赖性CPP训练之前，给BALB/cSPF 小鼠施用了不可吸收的抗菌剂或无菌水的混合物7天，然后进行CPP测试（图5A）。ATM治疗后各组小鼠体重下降，调理训练后略有增加；然而，各组之间没有观察到差异（图5B）。ABX与对照组相比，同时给予多种抗生素后，所有抗生素治疗小鼠在药箱中的停留时间均增加。此外，与ABX组相比，AM组在药物配对隔室中的停留时间明显增加。令人惊讶的是，小鼠在AMRL、AMRH和AMM组的药物配对隔室中的停留时间与AM组没有显着差异（图5D）。我们在鼠标头部轨迹中观察到相同的现象（图5C）。为了评估抗生素暴露后小鼠肠道微生物群发生的变化，通过16SrRNA 基因测序测定了粪便细菌组成。抗生素治疗极大地改变了微生物组并减少了细菌负荷（图5E）。为了研究肠道菌群失调对吗啡诱导的小鼠行为的影响，我们使用了维恩图显示了对照组和其他抗生素治疗小鼠共享的476个OTU；然而，1606个OTU是对照组独有的，48-68个OTU是其他六个抗生素治疗组独有的。随后用抗生素混合物治疗导致肠道微生物群显着消耗，细菌多样性显着降低。PCoA显示抗生素治疗的小鼠与对照小鼠相比具有显着不同的微生物群落（图5F）。但ABX、AM、AMRL、AMRH、AMM和AR组的细菌多样性没有显着变化，说明抗生素治疗根除大部分共生菌，吗啡和人参皂苷Rg1治疗后没有显着变化.我们在ABX小鼠的粪便中发现了几种细菌门，这些细菌门相对于对照组的粪便发生了改变（图5G）。优势门不同，伴随着Proteobacteria的丰度显着增加，而Verrucomicrobiota、Cyanobacteria、Firmicutes和Deferribacterota的丰度在抗生素处理后下降。然而，用抗生素治疗小鼠并没有改变拟杆菌的相对丰度，尽管抗生素治疗耗尽了肠道微生物组成。最后，我们用B.vulgatus特异性引物进行了定量PCR，并证实与对照组相比，抗生素治疗组的细菌显着减少了数百至数千倍（图5H）。此外，吗啡和人参皂甙Rg1并没有改变B.vulgatus对抗生素的反应。6.肠道微生物组的消耗影响色氨酸代谢并抑制 Rg1 诱导的基因表达接下来检测了抗生素混合物治疗对吗啡诱导的CPP小鼠代谢物和代谢途径的影响。偏最小二乘判别分析(PLS-DA)模型显示，在粪便中的代谢物方面，对照组和ABX组之间的簇显着分离（图6A）。值得注意的是，抗生素治疗后ABX、AM和AMRH组之间没有明显的代谢物聚集。我们专注于色氨酸代谢途径，并观察到参与色氨酸代谢的代谢物被ATM显着改变。然而，在ABX、AM和AMRH中未观察到显着变化。因此，这些数据表明抗生素治疗强烈降低了粪便中色氨酸代谢物的水平（图6C），并且由吗啡和Rg1引起的代谢改变被消除。此外，在血清中，PLS-DA结果显示四组（对照组、ABX、AM和AMRH）的代谢物谱不同（图6B）。ATM显着改变了色氨酸代谢物。值得注意的是，与 ABX小鼠相比，注射吗啡的小鼠的代谢物发生了相当大的变化。具体而言，与 AM组相比，色氨酸代谢物在Rg1处理后没有显示出显着变化（图6D）。我们发现 Rg1治疗组和模型组在ABX治疗后肠道色氨酸和血浆血清素水平没有差异（图6E和F）。随后，我们发现微生物组消耗抵消了 Rg1在CPP小鼠海马体中诱导的变化（图6G-L）。Rg1治疗未能逆转5-HT、多巴胺、5-HTR1B/5-HTR2A 和BDNF-TrkB信号通路。7.B.vulgatus 协同增强人参皂苷 Rg1 抑制吗啡诱导的小鼠 CPP因为肠道B.vulgatus 减少和增加与吗啡诱导的CPP增加和Rg1降低CPP一致，并且在抗生素处理的小鼠中消除了人参皂苷Rg1对CPP的改善，我们探讨了B.vulgatus 是否在吗啡中起作用依赖。作为典型的拟杆菌属物种，普通拟杆菌是小鼠肠道中的主要细菌物种，我们试图确定普通拟杆菌是否会影响CPP进展。我们首先使用抗生素治疗来消耗肠道微生物群，然后再用B.vulgatus 定植。在吗啡诱导的CPP小鼠模型中检查B.vulgatus 对吗啡成瘾的影响（图7A）。抗生素治疗或B.vulgatus 移植没有显着改变体重（图7B）。单独使用B.vulgatus (AMBV) 进行灌胃显着降低了白框中的停留时间和轨迹百分比，而吗啡则增加了该百分比（图7C、7D）。值得注意的是，与B.vulgatus 和人参皂苷Rg1(AMBVR)共同治疗的小鼠在药物配对隔室中的停留时间和轨迹百分比显着降低。这些数据清楚地表明AMBVR在抑制CPP方面比AMBV取得了更好的功效。值得注意的是，在我们的研究中，用“吗啡”微生物组(AMF)进行肠道再定殖并没有诱导CPP行为。8.B.vulgatus 可以改变肠道微生物组成小鼠粪便样本的16SrRNA 基因测序揭示了用活的B.vulgatus灌胃肠道微生物群组成的变化。拟杆菌门的相对丰度从AM组的不到20%增加到AMBV组的40%和AMBVR组的60%（图7E）。定量PCR证实，与对照组相比，AMBV和AMBVR组灌胃后肠道中的细菌显着过度生长数百至数万倍（图7F）。这些数据表明，人参皂甙Rg1提高了CPP小鼠中普通双歧杆菌的丰度。9.B.vulgatus 改变了肠道微生物群衍生和宿主色氨酸代谢物对小鼠的粪便和血清进行了代谢组学分析。偏最小二乘判别分析(PLS-DA)显示AM、AMBV和AMBVR组之间完全分离（图8A和D）。热图分析显示，仅用B.vulgatus灌胃导致CPP小鼠代谢物发生显着变化，粪便中有332种代谢物（211种上调和121种下调），血清中有82种代谢物（58种上调和24种下调）。我们对具有已知KEGGID 的332和82种显着不同的代谢物进行了KEGG途径富集分析，并分别鉴定了14和11种富含色氨酸代谢的代谢物。同时，将AMBVR与AM组进行比较，粪便中的313种代谢物（237种上调和76种下调）和血清中的82种代谢物（44种上调和38种下调）在与普通芽孢杆菌和人参皂甙Rg1共同处理后显着改变。在粪便中发现了13种代谢物，血清中发现了11种代谢物富集到色氨酸代谢，AMBV和AMBVR都改变了肠道微生物群衍生和宿主色氨酸代谢。我们随后检查了粪便和血清中由AMBV和AMBVR改变的色氨酸代谢物的相对丰度（图8B，C）。用B.vulgatus 灌胃下调色氨酸和血清素水平（图8E-I和9B）。10.B.vulgatus 协同增强人参皂甙-Rg1 诱导的吗啡诱导的海马 5-羟色胺能变化的抑制作用最后，为了证实人参皂甙Rg1通过影响肠道微生物群衍生的色氨酸代谢-血清素途径来减轻吗啡依赖，我们测定了海马和血清中5-HT、多巴胺和GABA的水平。CPP小鼠中血清素和多巴胺的血浆浓度较低，而GABA的血浆浓度高于单独用普通双歧杆菌灌胃或与Rg1共同治疗的小鼠（图9A-D）。值得注意的是，AMBVR小鼠的海马5-HT浓度显着低于AM小鼠。qPCR进一步证实了血清素受体和BDNF-TrkB的mRNA水平升高。我们观察到5-HTR1B、5-HTR2A和BDNF-TrkB的表达被B.vulgatus 定植和Rg1处理有效抑制（图9E、F）。研究结论该研究表明人参皂苷Rg1对吗啡依赖的改善作用与肠道微生物群有关。此外，我们发现微生物组的消耗和拟杆菌的补充可以影响吗啡依赖性并影响Rg1的功效，伴随着色氨酸代谢和5-羟色胺的变化。该研究结果提供了一个新的框架来理解中药通过肠道微生物群-色氨酸代谢和血清素能系统拮抗吗啡成瘾的机制，可能会带来新的诊断和治疗策略。

代谢组学是研究生命体对于内在基因突变、病理生理变化以及外在环境等因素刺激作用下的体内的动态多元的代谢物响应，定性定量描述生物体内所有内源性代谢物，在生命健康、医药研发、环境科学等众多不同领域发挥着举足轻重的作用。3月15日-16日，仪器信息网将举办“第六届代谢组学前沿”主题网络研讨会，共邀请18位国内知名科研院校和仪器企业的相关专家进行探讨交流。3月15日下午，南京大学教授刘震、香港浸会大学终身教授吕海涛、复旦大学青年研究员陈立、天津医科大学教授房中则以及安捷伦科技（中国）有限公司液质应用专家黄岱咏、SCIEX应用部高级应用流程经理刘婷、岛津企业管理（中国）有限公司应用工程师任彪和仪器信息网买家服务运营经理李茹 8位知名科研院校和仪器企业专家围绕靶向代谢组学、功能代谢组学和识别代谢物干扰等研究方向进行探讨交流。点击报名》》》 精彩报告重磅来袭 刘震 南京大学 教授《集成化分离-质谱联用平台用于靶向代谢组学分析》3月15日 13:30-14:00刘震，南京大学二级教授，博士生导师。1998年于中国科学院大连化学物理研究所获博士学位。2000-2002年，日本学术振兴会特别研究员；2002-2005年，加拿大滑铁卢大学博士后。2008年入选教育部“新世纪优秀人才”，2011年-2014年任滑铁卢大学兼职教授，2014年获国家杰出青年科学基金，2016年入选江苏省“333高层次人才”。英国皇家化学会会士、中国化学会高级会员、美国化学会会员，兼任国际分子印迹学会理事、中国化学会色谱专业委员会副主任委员、江苏省化学化工学会色谱与分离科学专业委员会主任委员、中国质谱学会常务理事、中国化学会质谱专业委员会委员、中国生物化学与分子生物学会蛋白质组学专业委员会委员、《Analytica Methods》和《Encyclopedia of Analytical Chemistry》副主编、《Electrophoresis》、《分析化学》、《质谱学报》和《色谱》等杂志编委。主要从事分子识别、亲和分离、疾病诊断、单细胞分析和癌症纳米治疗等研究，主持国家重大科研仪器项目和基金委重点项目等科研项目20余项，已在Nature Protocols, Angewandte Chemie International Edition, Chemical Society Review, Accounts of Chemical Research, Advanced Science, ACS Nano, Nano Letters, Small和Chemical Science等期刊上发表论文200篇，h因子56，近三年连续入选爱思唯尔“中国高被引学者”；主编及合著著作2部，出版专章7章；获授权专利18项。2011年和2017年先后获中国分析测试协会科学技术奖一等奖共2次，2016年获Phenomenex & Analytical Scientist联合颁发的科学人文奖银奖。2020年荣获美国化学会测量科学进展讲座奖。【摘要】糖和核苷酸等顺式二醇化合物在生物体内扮演重要作用。特别是，很多正常生理过程依赖顺式二醇化合物的代谢稳态调控，而癌症等一些病变异常状态与顺式二醇化合物的代谢异常密切相关。深入研究顺式二醇代谢物的变化不仅可以为疾病诊断提供依据而且可以揭示人造化学物质可能导致的潜在生物效应。然而，由于体内顺式二醇浓度低且结构异质性高，加之复杂生物基体的干扰以及现有方法覆盖范围有限，深入分析顺式二醇代谢产物并揭示其特定变化与疾病状态和生理过程中的联系仍然具有挑战性。近期，我们已经发展出一种机器学习增强的硼亲和萃取-溶剂蒸发辅助富集-质谱联用（MLE-BESE-MS）分析平台，用于高覆盖率地分析顺式二醇代谢物并挖掘其作为原发性肝癌（PLC）生物标志物的潜力。通过集成多个互补功能，包括pH控制的硼亲和萃取、溶剂蒸发辅助富集以及基于纳米电喷雾离子化技术进行顺式二醇识别等，该单一分析平台显著提高了代谢产物覆盖率。同时，利用主成分分析、正交偏最小二乘判别分析和随机森林等机器学习方法对收集到的顺式二醇进行统计筛选以提取有效特征进行精确PLC诊断，并结果表明其灵敏度（87.5% vs.不到70%）和特异度（85.7% vs.约80%）均优于常规使用基于蛋白质标志物的方法。这种机器学习增强整合型MS平台推动了早期癌症诊断所需目标代谢组学分析技术，并具有巨大临床应用前景。我们进一步将该技术平台发展成为一种基于零样本损失微活检取样-质谱联用的靶向代谢组学分析平台，用于定量地揭示非洲爪蟾在细胞水平和组织水平上与发育相关的顺式二醇代谢产物的变化。利用该平台，我们揭示了三个利用其它手段难以实现的特殊发现：1）卵母细胞、尾芽期前部和后部之间存在着特征不同的顺式二醇代谢标志；2）卤代顺式二醇在非洲爪蟾尾芽期后部大量积累；3）广泛使用的亚胺类杀菌剂菌核净可能会被生物转化并在脊椎动物中积累。因此，该研究开辟了同时监测内源性和外源性代谢产物间细胞间和内部异质性，并提供了关于胚胎发育过程中新陈代谢重塑方面新见解，并对潜在环境风险提出警告。『点击报名』黄岱咏 安捷伦科技（中国）有限公司 液质应用专家《脂谱探寻：基于脂质介质的生物标志物研究》3月15日 14:00-14:30黄岱咏，安捷伦液质应用专家【摘要】待定 『点击报名』刘婷 SCIEX应用部 高级应用流程经理《慧眼分析- EAD电子活化解离助力代谢分子结构精准解析》3月15日14:30-15:00毕业于沈阳药科大学&军事医学科学院，主要研究方向为D临床前药代动力学和代谢组学；2004年开始使用LC-MS/MS, 拥有丰富质谱应用经验；在高分辨质谱、常规分辨三重四极杆质谱、常规分辨离子阱质谱，差分离子淌度和MicroLC应用上有丰富的经验。在药物研究方面，参与过2个一类新药的临床前药代动力学研究工作； 代谢组学方面，在临床代谢组学、暴露代谢组学有较丰富的经验； 脂质组学方面，非靶脂质研究流程、上千种脂质化合物定量方法等； 在Analytical and Bioanalytical Chemistry，Journal of Chromatography B，Biomedical Chromatography，frontiers in pharmacology 等期刊发表文章。【摘要】待定 『点击报名』吕海涛 香港浸会大学 终身教授《多模态分子科学交叉融合驱动的功能代谢组学转化医学研究》3月15日15:00-15:30吕海涛博士，欧洲科学与艺术学院院士(MEASA), 香港浸会大学中医药学院/香港中医药表型组学研究中心副教授(终身)/课题组长/博士生导师，介入医学粤港澳高校联合实验室副主任，环境与生物分析国家重点实验室(香港浸会)课题组长、组学与疾病全国重点实验室(上海交大)课题组长，英国皇家化学会会士（FRSC）, 英国皇家生物学会会士（FRSB），现代中医药海河实验室客座教授，曾任上海交通大学研究员(长聘教授)。主要研究方向为生命健康交叉科学应用驱动的下一代功能代谢组学研究。主持国家重点研发计划课题等16项创新基金；权威杂志发表SCI检索论文60篇，ESI高被引4篇。兼任中国药学会方剂组学专业委员会副主任委员，中国生物物理学会代谢组学分会副秘书长等；任Pharmacological Research-Section主编，Royal Society Open Science副主编等；国家重点研发计划和科技部重大人才计划终审专家。 【摘要】重点介绍质谱的功能代谢组学的理论内涵与方法技术体系，及其应用于发现与解析具有生物医药转化价值的小分子代谢物的新功能。将以胰腺癌及其并发症为例，展示功能代谢组学策略通过决定性功能代谢物的发现与新功能表征，多模态分子水平上革新复杂疾病的精准诊疗与治疗靶点发现的已有范式。『点击报名』任彪 岛津企业管理（中国）有限公司 应用工程师《岛津4in1技术方案及其在代谢组学中的应用》3月15日15:30-16:00毕业于北京大学医学部药学院天然药物学系，从事中药化学成分分离鉴定及生物活性研究。现就职于岛津企业管理（中国）有限公司北京分析中心，担任天津驻地应用工程师，负责GC、GCMS、LC及LCMS应用支持工作。拥有近10年LC及LCMS应用经验，主要从事LC及LC-MS应用方案开发、售前售后技术支持及交流等工作，尤其擅长三重四极杆质谱、TOF高分辨质谱在体外诊断、生物医药、天然药物化学成分、组学等研究领域的应用。学习及工作期间，先后参与多个标准编制工作，发表核心期刊文章及专利近10篇。【摘要】介绍岛津4in1技术方案及其在代谢组学领域的应用案例。『点击报名』陈立 复旦大学 青年研究员《识别代谢物干扰现象提高代谢物鉴定结果的准确性》3月15日16:00-16:30陈立博士，上海市海外引进高层次人才，本科毕业于北京大学化学专业，在美国普林斯顿大学获博士学位后任博士后研究员，现任复旦大学代谢与整合生物学研究院青年研究员，博士生导师。陈立课题组综合多学科交叉优势，聚焦发展代谢物精准鉴定和动态追踪的实验和分析技术，取得了多项方法创新和应用研究成果，包括基于质谱代谢组学的未知代谢物挖掘鉴定、基于稳定同位素标记的代谢通路示踪分析等，以第一作者/通讯作者身份在Nat. Methods, Cell Research, Nat. Metab.， Anal. Chem., IJMS等杂志上发表。【摘要】代谢物的结构数量多且对代谢物鉴定的区分精度要求高，尽管基于色谱-质谱的分离检测手段已经能实现较好的代谢物分离鉴定，但是随着代谢物检测数目增加、检测时间优化压缩，代谢物之间的干扰现象会呈几何级数增加。我们从靶向和非靶代谢组学的数据分析算法角度，探讨如何针对代谢物干扰现象提高代谢物鉴定结果的准确性。『点击报名』房中则 天津医科大学 教授《代谢物与神经障碍》3月15日16:30-17:00天津医科大学教授，博士生导师, 天津医科大学公共卫生学院副院长，国家预防医学实验教学中心常务副主任。天津市特聘教授，天津市高校中青年骨干创新人才，天津市131人才，天津医科大学卓越人才PI。中国生物物理学会肠道菌群分会副秘书长、中国环境诱变剂学会理事、中国毒理学会青年理事会常务理事、天津预防医学会毒理学分会主任委员。主要研究方向是“代谢组学与精准医学”。近年来获得国家科技部精准医疗重大专项、国家科技部“发育编程及其代谢调节”专项、国家科技部大气专项、国家科技部生物大分子与微生物专项、国家卫计委肝病和传染病重大专项、国家自然科学基金、天津市组织部人才项目基金、天津市科委面上基金、天津市卫计委专项基金等多项基金的资助。已经在Lancet 子刊、Br J Pharmacol., J Lipid Res., Arch Toxicol., 以及Toxicol Appl Toxicol.等国际相关领域权威学术刊物上发表SCI论文100余篇，发表论文总引用3000余次，获得省部级奖项两项。【摘要】待定 『点击报名』李茹 仪器信息网 买家服务运营经理《仪采通让仪器选型更轻松》3月15日17:00-17:30【摘要】待定 『点击报名』 会议日程 “第六届代谢组学前沿”网络研讨会报告时间报告方向专家单位3月15日上午09:00-09:30《质谱驱动的精准代谢组学技术》朱正江研究员中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心09:30-10:00《组学金规—基于Orbitrap Exploris 480的代谢组学方案》史碧云资深应用工程师赛默飞世尔科技（中国）有限公司10:00-10:30《基于代谢组学的新药靶点和生物标志物发现》胡泽平研究员清华大学10:30-11:00《布鲁克4D-脂质组学方案以及前沿应用介绍》张荣应用工程师布鲁克（北京）科技有限公司11:00-11:30《基于质谱的代谢物鉴定与功能研究》林树海教授厦门大学11:30-12:00《基于点击化学质谱探针技术的DEHP体内代谢示踪研究》朱泉霏教授武汉纺织大学3月15日下午13:30-14:00《集成化分离-质谱联用平台用于靶向代谢组学分析》刘震教授南京大学14:00-14:30《脂谱探寻：基于脂质介质的生物标志物研究》Winnie HUANG液质应用专家安捷伦科技（中国）有限公司14:30-15:00《慧眼分析—EAD电子活化解离助力代谢分子结构精准解析》刘婷高级应用流程经理SCIEX中国15:00-15:30《多模态分子科学交叉融合驱动的功能代谢组学转化医学研究》吕海涛终身教授香港浸会大学15:30-16:00《岛津4in1技术方案及其在代谢组学中的应用》任彪应用工程师岛津企业管理（中国）有限公司16:00-16:30《识别代谢物干扰现象提高代谢物鉴定结果的准确性》陈立青年研究员复旦大学代谢与整合生物学研究院16:30-17:00《代谢物与神经障碍》房中则教授天津医科大学17:00-17:30《仪采通让仪器选型更轻松》李茹买家服务运营经理仪器信息网3月16日上午09:30-10:00《空间代谢组学研究环境污染对健康的影响》罗茜研究员中国科学院深圳先进技术研究院10:00-10:30《基于相干拉曼技术的空间代谢组学新进展》王璞首席执行官/CEO振电（苏州）医疗科技有限公司10:30-11:00《空间代谢组学技术创新与生物医药应用研究进展》贺玖明研究员中国医学科学院药物研究所 天然药物活性物质国家重点实验室11:00-11:30《临床超声指导的质谱空间组学用于肿瘤代谢》赵超副研究员中国科学院深圳先进技术研究院扫码加入代谢组学交流群（发送备注姓名+单位+职位）温馨提示:1) 报名后，直播前一天助教会统一审核，审核通过后，会发送参会链接给报名手机号。填写不完整或填写内容敷衍将不予审核。2) 通过审核后，会议当天您将收到短信提醒。点击短信链接，输入报名手机号，即可参会。会议内容及报告赞助:仪器信息网 赵编辑：13331136682，zhaoyw@instrument.com.cn

合成生物学正在引领第三次生物技术革新，其作为底层技术将驱动多个领域的创新发展，包括医药、食品、农业、材料、环境甚至信息存储等。合成生物学是生物学工程化高度交叉的前沿学科研究域，包含几个不同的研究层次：认识生命、改造生命和创造生命；要想实现其终极目标，还需要在生命本质探索及相关技术的不断创新与应用上持续深入。我们将紧跟合成生物学领域的前沿研究进展，为大家系列解读该领域的最新科研成果。本期分享植物酶功能研究新方法，酶功能的深入认识将为下一步异源设计细胞工厂提供重要依据。研究成果来自中国科学院深圳先进技术研究院合成基因组学研究中心的赵乔研究员课题组在 Molecular Plant 上发表的题为“Glycosides-specific metabolomics combined with precursor isotopic labeling for characterizating plant glycosyltransferases”的研究论文[1]，为大家介绍一种特异针对糖基化合物的代谢组（glycosides-specific metabolomics，GSM）和同位素标记前体化合物示踪（precursor isotopic labeling，PIL）相结合的方法，可以高效、准确鉴定糖基转移酶（glycosyltransferases，GTs）在植物体内的产物，解析 GTs 在特定代谢通路中的作用。该方法极大缩小了目标化合物的范围，在糖基化合物定性、方法可靠性方面较传统生化手段或非靶向方法有较大提升，为植物糖基转移酶的功能解析提供了新手段。专家解读核心信息赵乔研究员中国科学院深圳先进技术研究院合成所合成基因组学研究中心主任。于美国俄亥俄州立大学植物系 Iris Meier 实验室取得博士学位后，在美国 Noble Foundation 美国科学院院士 Richard Dixon 实验室从事博士后研究。主要研究领域是植物天然产物的合成以及调控机制。已在该领域取得了一系列重要的成果，共发表 SCI 论文 30 余篇，累计他引 1500 次，其中第一或通讯作者的文章发表在包括 Molecular Plant、PNAS、Plant Cell 以及 Trends in Plant Science 等国际专业期刊上。“植物的次生代谢物种类繁多且修饰丰富，其中糖基化修饰在提供结构基础的同时也为其多样化的生物学功能发挥了重要作用。为了有效鉴定糖基化过程，需要使用高分辨质谱进行非靶向的特异性代谢组学研究，同时结合同位素标记来跟踪不同糖苷代谢物在突变体中的示踪结果以分析 UGTs 的功能，进而全面表征植物糖基化修饰的次级代谢物，为拓展天然化合物的高效生物合成提供依据。”酶功能研究及植物次级代谢产物鉴定的挑战植物中含有丰富的次级代谢产物，种类超过 40 万种。糖基化是一种常见的修饰方式，赋予化合物复杂且多样的结构，形成种类繁多的糖基化产物。糖基化修饰可以改变相应苷元的催化活性、溶解性、稳定性及其在细胞中的定位，在调节激素的稳态平衡，外源有害物质解毒，抵御生物和非生物胁迫中都发挥着重要的作用。同时，糖基化修饰可以改变天然产物的药理活性和生物利用率等性质，这些糖苷类化合物是天然药物的重要来源。植物 UGTs（UDP 糖基转移酶）以多基因家族的形式存在，它们能够利用不同的糖基供体，糖基化多种多样的植物小分子化合物。目前的研究多数集中在生化功能的确定上，UGTs 具有底物杂泛性和催化杂泛性，同一个 UGT 在体外可以催化结构不同的底物，且不同的 UGTs 可以识别同一种的底物。此外，由于植物体内的底物可得性和特殊且复杂多变的细胞环境，这些通过生化方法对 UGTs 活性、生理功能等的研究结果往往不能反映 UGTs 在植物体内的真实功能。GSM-PIL 方法实现对植物糖基化修饰次级代谢物的高效、准确鉴定非靶向特异性代谢组学（GSM）：基于内源碰撞诱导解离（ISCID）的中性质量丢失模式建立非靶向特异性代谢组学方法，以对糖基化修饰的次级代谢物进行针对性分析。该 GSM 方法可将受到 UDP 糖基转移酶（以 UGT72Es 为例）影响的代谢物范围从 1000 种缩小至 100 个。同位素标记前体化合物示踪（PIL，代谢流）：使用同位素标记的苯丙氨酸前体对 UGT72E 在特定的苯丙氨酸代谢通路中的作用进行示踪分析，可进一步将目标产物范围缩小到 22 个。图 1. GSM-PIL 方法解析 UGT72Es 在植物体内的功能GSM-PIL 方法的适用性及可靠性通过 GSM-PIL 方法，不但可以鉴定到已发表的两种木质素单体糖基化产物，还发现 UGT72E 家族参与植物苯丙烷通路中其他 15 种化合物的糖基修饰作用。进一步通过 UGT72Es 的体外酶活分析，植物内源基因过表达以及遗传互补等实验证实 UGT72Es 对这些化合物的糖基化作用，验证了 GSM-PIL 方法的可靠性。同时，该研究还发现了 UGT72Es 在植物体内对香豆素的糖基化作用，进而在植物碱性缺铁胁迫环境下发挥重要作用。最后，通过 UGT78D2 的功能解析，展示了 GSM-PIL 方法的普遍适用性。高分辨质谱结合数据高效提取软件协助 GSM-PIL 方法建立为了确保糖基化修饰的次级代谢物以及同位素示踪化合物的的高效检测，本研究采用安捷伦 6546 QTOF LCMS 系统进行数据采集；进一步结合 MassHunter、Profinder 数据处理软件对代谢组和同位素示踪数据进行有效提取和解析。图 2. 基于高分辨质谱的 GSM-PIL 方法建立 结 语 综上，基于液相-高分辨质谱的 GSM-PIL 方法可以高效解析 UGTs 在植物体内的功能。相对于传统一对一“钓鱼”式地探索 UGTs 功能，GSM-PIL 方法可以“捕鱼”式地一网打尽 UGTs 的产物，全面鉴定未知的底物或糖基化产物，解析 UGTs 在植物中未知的生理功能，揭示了植物中的糖基化网络比我们想象中更复杂。同时该方法可用于探索其他代谢途径，帮助人们进一步了解、进而利用植物合成途径，为拓展天然化合物的高效生物合成提供依据。参考文献：[1] Jie Wu, Wentao Zhu, Xiaotong Shan, Jinyue Liu, Lingling Zhao and Qiao Zhao. Glycosides-specific metabolomics combined with precursor isotopic labeling for characterizating plant glycosyltransferases. Molecular Plant 15, 1517-1532.

中国医学科学院北京协和医学院药物研究所贺玖明研究员团队以封底文章在《药学学报》英文刊（APSB）2022年第8期（IF：14.903）发表了题为“A temporo-spatial pharmacometabolomics method to characterize pharmacokinetics and pharmacodynamics in the brain microregions by using ambient mass spectrometry imaging”的研究论文，建立了一种时空分辨的代谢组学方法（基于AFADESI-MSI的时空药物代谢组学），可全景式描绘脑中药物代谢和效应的时空特征，为中枢神经系统作用新药研发提供了一种有力的可视化工具和新的视角。　　封底图 | 表征鼠脑中中枢神经药物的微区域药代动力学和药效学的时空代谢组学方法策略和工作流程　　研究背景　　中枢神经系统（CNS）具有复杂而脆弱的结构，在大脑的许多微区域之间具有高度的互连性和相互作用。大脑是人体复杂的器官，可以细分为许多微区域。脑中多种内源性功能代谢物在不同的微区分布不均匀。脑微区的代谢酶、受体、配体、蛋白和血流的功能差异也会导致药物的空间分布和疗效差异。大脑是中枢神经系统疾病的靶点，大多数中枢神经系统药品只有在进入大脑后才会发挥作用。因此了解药物及相关内源代谢物在大脑中的原位分布的信息对于评估药物疗效、毒理学和药代动力学具有重要意义。　　目前研究大脑的常用功能性脑成像技术（包括组织化学标记、免疫荧光、MRI、PET、全身放射自显影等），仅提供脑组织结构的图像，不能在分子水平上进行分析，可监测的物质种类也有限。另一方面，脑内药物分析通常使用的基于组织匀浆或微透析采样的高效液相色谱-质谱（HPLC-MS）技术获得的结果仅能反映采样微区的平均代谢水平，而缺乏分子在整个大脑中的空间分布的信息。质谱成像技术（MSI）不需要复杂的预处理和特殊的化学标记，具有高通量、高灵敏度和高分辨率的特点，可检测已知或未知小分子代谢物的定性、定量和空间分布信息。　　本研究使用AFADESI-MSI空间代谢组学研究表征了临床中枢神经系统药物奥氮平（OLZ）和大鼠脑内内源性代谢物，并进行了给药期间的时空变化以及脑微区药物动力学和药效学研究，成功地展示了OLZ及其作用相关代谢物的时空特征，并为中枢神经系统药物作用的分子机制提供了新的见解。　　研究思路　　研究方法　　1. 实验分组/研究材料：饲养一周的雄性 Sprague-Dawley 大鼠　　（1） 实验组：4组（3只/组），口服OLZ溶液（50mg/mL）后 20 分钟、50 分钟、3 小时和 12 小时用高浓度乙醚。　　（2） 对照组：1组，3只/组　　2.技术路线　　2.1. 鼠脑的微区划分：15个微区，包括尾状壳核（CP）、大脑皮质（CTX）、海马（HP）、下丘脑（HY）、丘脑（TH）、小脑皮质（CBC）、小脑髓质(CM)、髓质 (MD)、脑桥 (PN)、大脑导水管 (CA)、中脑 (MB)、穹窿 (FN)、梨状皮质 (PC)、嗅球 (OB) 和胼胝体 (CC)。　　2.2 质谱成像：AFADESI-MSI分析（全扫描及MS2扫描）　　2.3代谢物定性：人类代谢组数据库 (www.hmdb.ca)、Metlin、MassBank和LIPID MAPS　　研究结果　　1.通过AFADESI-MSI绘制大鼠大脑中的内源性代谢物和药物图谱　　无论是正离子模式还是负离子模式，使用AFADESI-MSI空间代谢组学均可从治疗组和对照组脑组织切片中获得内源性代谢物信息。在100-500 Da的低质量范围内，可以检测到氨基酸、核苷、核苷酸、有机酸、脂肪酸等极性小分子代谢物和γ-氨基丁酸 (GABA)、肌酸、肉碱、乙酰肉碱和磷脂酰胆碱等神经递质类代谢物；在500-1000 Da的高质量范围内，可以检测到一些脂质，包括鞘磷脂（SM）、磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰胆碱（PC）、溶血磷脂酰胆碱（LysoPC）和磷脂酰肌醇 (PI) 等。原型药物 OLZ 及其代谢物 2-羟甲基 OLZ 在正离子模式下被检测，结果如图1C1和D1所示。这些结果表明，非靶向质谱成像的方法可以在一次实验中同时绘制外源性药物和内源性代谢物的图谱，并可以获得它们的空间分布特征和微区域丰度变化。　　图1 | 使用 AFADESI-MSI 从脑组织切片获得的外源性药物和内源性代谢物的质谱成像结果　　2.鼠脑中奥氮平（OLZ）及其代谢物的时空变化　　OLZ是一种用治疗精神分裂症的药物，大脑是其主要靶器官。本实验为探究给药时间药物在大脑各功能微区的分布情况，分别在给药后20 min、50 min、3 h和12 h收集治疗组和对照组大鼠脑组织进行MSI分析。OLZ 及其代谢物 2-羟甲基 OLZ 的在鼠脑分布结果如图2A所示。　　这些结果表明，OLZ 可以很容易地穿透脑血屏障，主要分散在脑室和脑实质组织中，但并不是均匀分布在大脑的所有微区域中。给药后20分钟发现OLZ主要分布在大脑皮质中。50分钟后，OLZ的水平显著增加。随着时间的推移，大脑中的药物信号迅速下降到成像检测限以下。同时作者发现，2-羟甲基OLZ主要分布在穹窿中，其在各个微区的分布格局与OLZ不同。　　这些结果表明，OLZ药物的吸收、分布和代谢的速率在大脑的不同微区不同，表明微区对药代动力学有影响。它还证明了所提出的基于AFADESI-MSI 的时空药物代谢组学方法能够同时说明药物及其代谢物在大脑复杂微区域中的水平和空间分布的变化。　　图2 | 脑微区OLZ和其代谢产物2-羟甲基OLZ的时空变化　　3.OLZ 对神经递质类代谢物的的微区调控　　OLZ药物治疗精神分裂的作用机制是阻断多巴胺 D2 受体或血清素 2A 受体调节神经递质类代谢物（NTs）。然而OLZ的微区效应和分子作用机制仍不清楚。因此作者分析了与OLZ生理活动密切相关的NTs的时空变化，包括GABA、Glu、谷氨酰胺 (Gln) 和腺苷。NTs的AUC变化率如图3B1-B7所示。　　GABA（γ-氨基丁酸）是中枢神经中的一种神经递质，可抑制神经中枢。空间代谢组检测结果显示GABA（m/z 104.0706）主要分布在下丘脑中，药物干预后下丘脑的 GABA 受到轻微调节。但同时在梨状皮质和嗅球中观察到药物干预后GABA显著上调。Glu 是中枢神经中的一种主要神经递质，对神经细胞具有兴奋作用。在药物干预后，Glu及其代谢物Gln的时空动态模式在脑部微区中呈现出相对一致的变化趋势。腺苷广泛分布在中枢神经系统中，是大脑中的一种兴奋性和抑制性神经递质，并在脑中不均匀分布。并且在给药3小时后海马和下丘脑中的高水平腺苷显著增加，表明当药物积累时腺苷的上调会更加明显。组胺、乙酰胆碱（Ach）、牛磺酸等神经递质类物质都有各自特征的微区分布，以及在给药后具有上调的趋势。　　上述神经递质类物质的靶向成像分析结果表明，该方法可以检测到与中枢神经药物作用机制相关的大量原型药物及其代谢物和内源性代谢物的空间分布和变化。这对于阐明中枢神经系统药物的作用机制和了解精神分裂症及相关疾病具有重要意义。　　　图3 | 药物对脑内NTs分布和AUC变化率的影响　　4. OLZ 药物干预的微区代谢调控　　组织和器官的内源性代谢变化可以反映药物刺激的效果。为探索药物干预后的微区代谢效应，通过药物代谢组学测试研究了内源性代谢物的分子谱及其动态变化的分布信息。分别在OLZ和生理盐水给药后 50分钟采集每组治疗和对照大鼠的三个脑组织样本进行微区域分析。　　OPLS-DA结果表明，基于正离子模式和负离子模式下脑微区的定量分析，对照组和治疗组分别明显分开。总共筛选和鉴定了 90 种差异内源性代谢物，作为药物作用相关效应物,它们在大脑微区域中发挥了巨大作用。其中81种被MS2鉴定，9 种被同位素模式鉴定。差异代谢物包含了很多种类型的代谢物，包括氨基酸、脂肪酸、甘油磷脂、有机酸、多胺和酰基肉碱。　　经过分析确定了治疗组和对照组之间显著差异的七种代谢途径，包括丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢、牛磺酸和亚牛磺酸代谢、淀粉和蔗糖代谢、甘油磷脂代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、精氨酸生物合成、嘌呤代谢和柠檬酸循环（TCA循环）。下面对影响较大的丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸和甘油磷脂代谢的异常代谢途径进行重点分析。　　图4 | 对照组和治疗组中鉴定的差异代谢物的层次聚类分析 (HCA)　　4.1 丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢紊乱　　异常的Glu-Gln循环在精神分裂症的病理生理过程中起重要作用。丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢途径代谢物在老鼠脑的时空分布如图5所示。柠檬酸在大脑大部分微区分布均匀；与对照组相比，表达显著提高，结果提示药物干预加速了TCA循环的代谢，为机体提供了更多能量。Glu也均匀分布在各个微区，药物干预后呈下调趋势。它的代谢物Gln 和 GABA，主要在下丘脑和的多个微区中上调。　　根据通路分析和代谢谷氨酸脱羧酶（GAD）酶反应，推测OLZ直接激活GAD促进GABA合成。GABA可增加糖酵解中己糖激酶的活性，从而加速葡萄糖的代谢。空间分布结果表明葡萄糖分布在大脑的所有微区，但给药后主要分布在梨状皮质和嗅球中，给药后20分钟血糖水平显著升高。　　图5 | 丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢途径代谢物的时空分布　　4.2.甘油磷脂代谢途径的紊乱　　甘油磷脂有助于控制肝脏脂质代谢，促进记忆力，增强免疫力，延缓衰老。甘油磷脂代谢途径代谢物的时空分布如图6。这项研究的结果表明，在给药后，大多数脂质在大多数微区域中显示出上调。OLZ在临床应用中具有代谢副作用，如体重增加、血脂异常、高甘油三酯血症和胰岛素抵抗。实验结果证明，脂质代谢的上调可能导致OLZ治疗期间的副作用。　　图6 | 甘油磷脂代谢途径代谢物的时空分布　　相关讨论　　作者开发的时空药物代谢组学方法，使用质谱成像技术MSI来表征大脑中枢神经药物的药代动力学和药效学。结果表明，该方法可有效识别与药物作用相关的内源性分子效应物。评估OLZ药物对脑组织的微区域效应，并证明其穿过血脑屏障后的微区域药代动力学和药效学方面的有效性。该方法清楚地展示了原型药物及其代谢物 2-羟甲基OLZ在大鼠大脑不同微区的药代动力学。也在脑部微区现一些神经递质类物质和其它小分子极性代谢物，并显示出与药物干预相关的多种代谢途径。发现天冬氨酸、谷氨酸和甘油磷脂代谢途径的调节可能与 OLZ 临床使用观察到的治疗和不良反应有关，为了解其作用的分子机制提供了关键信息。　　小鹿　　与基于LC-MS的常规药物代谢组学分析手段相比，基于AFADESI-MSI的时空药物代谢组学技术具有同时检测内源性和外源性物质的静态水平变化，并提供大脑不同微区的动态时间依赖性趋势和空间分布信息的优势，能够非常准确地呈现原位和微区域分子变化规律。在此基础上将药代动力学和药效学与代谢途径相关联，有利于获得关键信息，从而更深入地了解药物作用的分子机制。基于AFADESI-MSI 的时空药物代谢组学技术不仅是阐述中枢神经系统药物的原位药代动力学和药效学全面有效的工具，也可为脑组织内源性代谢物的变化以及其它动物组织的原位代谢研究提供重要信息。　　该研究工作，药物所2017级硕士研究生刘丹为作者，贺玖明研究员为独立通讯作者。工作得到国家自然科学基金和医科院创新工程项目的资金资助。

香港大学暨安捷伦代谢组学、转化医学及系统生物学高端论坛成功举办 现代医学发展历史表明，未来医学突破性的进展有赖于与其他学科的交叉与结合；21世纪的医学将更加重视整体医学观和有关复杂系统的研究。转化医学在这样的背景下应运而生，转化医学是&ldquo 从实验台到临床&rdquo 的一个连续、双向、开放的研究过程，其主要目的就是要打破基础医学与药物研发、临床及公共卫生之间的固有屏障，在其间建立起直接关联。转化医学的研究模式与系统生物学密切相关，而代谢组学作为系统生物学的重要组成部分，在转化医学的研究进程中具有重要意义。作为生命科学行业的领先方案供应商与合作伙伴，安捷伦公司在代谢组学及系统生物学领域具有突出的优势与贡献，结合当前转化医学研究的特点，2011年10月25日，安捷伦公司联合香港大学成功举办了&ldquo 香港大学暨安捷伦代谢组学、转化医学及系统生物学高端论坛&rdquo ，80余位来自香港、澳门的学术机构、政府部门等的专家学者共同出席了本次会议。 会议同时荣幸地邀请到中国大陆、香港、澳门三地的业内权威专家作为特邀演讲嘉宾为大会带来了代谢组学、转化医学、系统生物学、毒理学等行业前沿资讯及最新研究成果。本届论坛的东道主、香港大学李嘉诚医学院病理学专业林青云教授首先为大会带来题为&ldquo Accurate Mass Q-TOF for Toxicological Research&rdquo 的精彩报告，林教授使用安捷伦UHPLC-Q-TOF/MS技术对三聚氰胺的毒性及致毒机理进行了深入解析，并利用安捷伦特有的增强型同位素模式对人血清中的三氯生及其代谢物进行了同时定性定量分析；在法医与毒理学筛查研究中，林教授演示了如何使用安捷伦UHPLC-Q-TOF/MS结合独特的精确质量-保留时间化合物库（AMRT），以及专门用于法医毒理分析的MS/MS化合物谱库进行多种相关化合物筛查，同时使用安捷伦代谢物鉴定软件（Metabolite ID）对系列代谢产物进行了有效鉴定。 澳门科技大学教授、澳门药物及健康应用研究所所长、中药质量研究国家重点实验室副主任姜志宏博士进行了题为&ldquo Profiling of IgG glycan pattern with HPLC-Chip and Q-TOF technology&rdquo 的精彩报告。姜教授使用安捷伦最新Glyco-ChipLC/6540 UHD Q-TOF技术对多种复杂的糖蛋白质组进行了灵敏、重现、快速的分析，该应用通过安捷伦分子特征提取软件功能（MFE）对目标化合物进行有效提取，糖链组成及结构信息通过糖分析数据库进行了搜索和鉴定。除在糖蛋白质组方面的成功研究外，该应用同时对于抗体类药物的发现、工艺优化及质量控制具有重要的参考价值。 来自中国药科大学的资深中药领域研究专家盛龙生教授进行了题为&ldquo LC/TOF MS for TCM Analysis&rdquo 的精彩报告。报告主要介绍了使用安捷伦LC/TOF MS及分子特征提取（MFE）、生物信息学软件（MPP）分别针对目标化合物分析和未知化合物筛查的解决方案，以中药金银花、忍冬、人参皂苷为例进行复杂体系中微量组分的深入分析，并采用代谢组学方法对7种不同来源的金银花进行了差异化统计学分析。 上海中医药大学系统生物学与中医方症中心的张永煜教授为大会带来题为&ldquo Application of Metabolomics Studies to Clinical Research in Chinese Medicine&rdquo 的精彩报告。张教授使用安捷伦GC/MS系统、通过整合代谢组学及转录组学等系统生物学方法对不同中医症型进行了统计学差异分析并有效定位相关生物标志物，通过不同标志物的调节变化进一步了解疾病机理及对症用药的诊疗方案。同时张教授还同与会嘉宾分享了&ldquo 系统科学视角下的肝炎肝硬化临床疗效评价方法研究&rdquo 及&ldquo 代谢组学方法对儿童性早熟的研究&rdquo 等极富临床医学价值的研究成果，从中医转化医学、系统毒理学等全新视角为与会嘉宾带来耳目一新的学术体验。 此外，来自安捷伦公司的资深液质联用产品专家李彦憙博士结合上述专家的成功应用实例，为大家详细介绍了安捷伦超高解析度-飞行时间质谱技术及其强大的软件系统，以及安捷伦最新推出的GC/Q-TOF系统。通过对上述专家用户的前沿应用的了解，进一步增强了与会听众对安捷伦LC/Q-TOF、HPLC-Chip/MS及GC/MS在代谢组学、系统生物学、毒理学乃至转化医学领域应用的信心。 安捷伦公司资深液质联用技术应用工程师李剑忠博士最后进行了题为&ldquo Tea Analysis by Agilent Q-TOF Technology&rdquo 的精彩报告，该研究项目使用安捷伦LC/QqQ MS系统对茶树根中的茶氨酸进行了同时筛查、鉴定及定量分析；此外，通过使用安捷伦LC-QqQ & LC-QTOF MS方法结合安捷伦QqQ系统动态MRM农残分析数据库以及专用于TOF/Q-TOF系统的农残数据库，进行了多种茶叶中多农残的分析；报告同时展示了通过安捷伦LC/Q-TOF MS、数据处理及生物信息学软件，采用代谢组学的方法对不同种类、来源的茶树根与茶叶进行了统计学差异分析，报告题目内容新颖，引发在场听众的强烈兴趣。 关于安捷伦科技 安捷伦科技公司（纽约证交所：A）是全球领先的测量公司，同时也是通信、电子、生命科学和化学分析领域的技术领导者。公司的 18500 名员工为 100 多个国家的客户提供服务。在 2010 财政年度，安捷伦的业务净收入为 54 亿美元。要了解安捷伦科技的信息，请访问：www.agilent.com.cn。

拓展组学研究的边界 | 赛默飞携手迈特代谢共建战略合作实验室近日，科学服务领域的世界领导者赛默飞世尔科技（以下简称：赛默飞）与武汉迈特维尔生物科技有限公司（以下简称：迈维代谢）合作实验室签约暨揭牌仪式在武汉隆重举办！国际知名代谢组学专家海南大学罗杰教授、知名蛋白质组学专家中国医学科学院苏州系统医学研究所叶子璐研究员出席并见证签约仪式。本次战略合作将通过结合赛默飞全球领先的质谱技术和迈维代谢领先的组学技术创新平台，推动双方深入拓展蛋白质组学及代谢组学分析研究领域，进一步推动新技术在医学研究、生命科学领域的成果转化和应用，开启多组学驱动的数字生命新时代！赛默飞与迈维代谢签约仪式多组学研究对于生物体内的各种生物过程、疾病的发生机制以及药物的研发都有着重要的意义。迈维代谢创造性开发了以“广泛靶向”专利技术为核心的高通量、超灵敏代谢组技术平台，已成为国内代谢组学领域发展最快、成果最多的知名企业之一。本次的战略合作，通过联合赛默飞强大的质谱技术，将进一步帮助迈维代谢拓展蛋白质组学及代谢组学分析的无限可能，深入更多组学研究高精尖领域，达到前所未有的研究深度。赛默飞色谱与质谱业务中国区商务副总裁何燕女士为迈维代谢颁发 Orbitrap Astral 高分辨质谱仪中国首批用户证书 近年来以质谱分析技术为核心的多组学研究，极大的推动了精准医学的进步，迈维代谢专注于领先的代谢组学服务，自主创新建立了220万代谢物的专属数据库，与赛默飞的战略合作将进一步帮助迈维代谢拓展蛋白质组学等多组学领域，从广泛的靶向分析到更广阔的非靶向分析，结合产学研发展需求，助力精准医学的研究和临床和转化！ 会议邀请了中国医学科学院苏州系统医学研究所叶子璐研究员，为参会人员带来《Faster and ultra-sensitive analysis of proteomes enabled by narrow-window DIA》报告，为大家带来 Orbitrap Astral 高分辨质谱在蛋白质组学的最新全球数据，让与会专家领略到 Astral 在蛋白质领域的无限潜力。赛默飞液质应用专家带来《赛默飞全新一代高分辨质谱技术提升蛋白组学分析极限》报告，报告中提到 Astral 从解决通量的 8 分钟超过 8000 个蛋白的鉴定水平，到追求鉴定覆盖度的 15000 个蛋白的鉴定，Orbitrap Astral 高分辨质谱仪兼具超高的检测通量和深度蛋白组覆盖能力。在代谢组学方面，Astral 既能提供高质量分辨率的一级图谱，又能利用非对称轨道无损质量分析器提供快速、高灵敏度的二级图谱采集，从而开发出全新的 workflow（SQUAD）,在一次上样中完成精准定性定量的过程，解决了代谢组学走进大数据时代的问题。系统生物学研究内容主要包括“基因-蛋白-代谢-表型”等多个层次，越来越多研究表明，多组学已成为生命科学和医学研究的重要工具。“基因组反映了可能发生的变化，蛋白组和代谢组反映了正在或者已经发生的变化”，迈维代谢持续创新质谱技术，创新性的开发出了广泛靶向代谢组检测技TM，建立了行业领先的植物代谢数据库和医学代谢物数据库 MWDB，真正实现了“高通量、超灵敏、广覆盖”，尽可能多的检测样本中所有的小分子化合物。与此同时，迈维代谢和赛默飞达成战略合作，在引进新一代质谱平台 Orbitrap Astral 并同步配置 Orbitrap Exploris 120 质谱仪后，双方进一步深入技术联合开发，携手努力打造为世界领先的创新蛋白质组和代谢组研发中心。加快和深化对拓展蛋白质组学及多组学领域的探究，更好地服务于生命科学和医学健康研究领域，助力精准医学高质量发展！关于迈维代谢武汉迈特维尔生物科技有限公司（简称“迈维代谢”） ，总部位于武汉国家生物产业基地，此外建有上海/嘉善华东研发中心、长沙 GMP 生产中心、武汉迈维医学检验实验室，另设北美子公司，是国内首家代谢组学境外公司。公司专注于提供领先的代谢组学技术服务及创新临床检测产品应用，致力于代谢基础研究、分子设计育种、疾病诊断、药物研发及与代谢组学相关领域应用研究，为生命科学研究、改善人类健康做出持续贡献。

1999年，英国帝国理工的Jeremy Nicholson教授定义了代谢组学(metabonomics)。短短20年时间，代谢组学这一组学研究领域的后起之秀，已成为当下科研领域中的“明星”。近年来，代谢组学热度不断攀升，不仅越来越多的国内外科研团队投入其中，同时也因其在精准医学和相关健康领域的广阔前景，受到临床医生、资本投资等团体的广泛关注。　　当前，我国代谢组学研究的发展情况如何?被业内寄予厚望的代谢组学与临床的距离还有多远?分析化学家与临床医生在代谢组学领域如何携手并进?近日，仪器信息网编辑特别采访了国内代谢组学领域的代表学者之一，中国科学院大连化学物理研究所许国旺研究员，深入了解他和他眼中的代谢组学。中国科学院大连化学物理研究所许国旺研究员　　阴差阳错开始的代谢组学研究　　许国旺课题组是国内最早开展代谢组学相关研究的团队之一，在国内外代谢组学研究领域享有盛誉，殊不知他其实是阴差阳错才走入这个研究领域的。1991年，许国旺在大连化物所取得分析化学博士学位并留所任职，从事分析化学相关研究。1995年，他获得马普(Max-Planck-Institut)研究基金前往德国Tuebingen大学医学院工作。“当时，我想要从事与人体健康有关的研究，就决定去医学院。”在德国，许国旺的研究方向是尿液中代谢产物跟人体健康之间的关系。1997年，他回到大连化物所继续担任题目组长，并把这个课题继续了下去。　　2002年一次偶然的机会，中科院上海生化细胞所的吴家睿研究员来访。在交流过程中，“吴家睿跟我说，‘国旺，你现在做的这个东西很时髦，叫代谢组学’，这是我第一次听到这个名词。”通过查阅相关论文，许国旺了解到，这是1999年帝国理工的Jeremy Nicholson教授提出来的一个新名词。自己已置身其中，居然不知，“惭愧”!也是在2002年，在所里的支持下，他的题目组名正式变更为“生物分子高分辨分离分析和代谢组学”。　　从方法学到临床应用　　许国旺表示，代谢组非常复杂，高分辨质谱是目前代谢组学最常见的研究工具，但是做一次样本分析，产生几千到几万个信号，其中可能只有百分之几被鉴定出来，建立高覆盖度的定性定量分析方法是研究人员面临的首要难题。此外，方法的重复性问题也是一大困扰，同一批样品分两次检测，数据可能有差异；同一批样品不同实验室做，数据可能很不一样。　　最初，因为分析化学的专业背景，课题组主要的工作放在方法学上，先后研究了数十种代谢组学方法。其中，最具代表性的就是团队提出并发展的拟靶向代谢组学方法。　　许国旺提到，代谢组学分析的主要策略有非靶向和靶向两种：非靶向，具有覆盖面广的优点，可通过高分辨质谱获得丰富的代谢组学信息，但是数据复杂、重复性差；靶向，是传统质谱定量的金标准，利用三重四级杆质谱，稳定性高，但是通常只能检测已知的化合物，覆盖度低，难以分析未知组分。“所以最初我们就设想，能不能将这两种方法的优点结合起来，这样就可以实现非靶向方法的高信息量以及靶向方法的高灵敏度和高数据质量的有机结合。”　　由此，2012年，许国旺团队首次发表拟靶向代谢组学的概念，该方法结合了传统的靶向和非靶向方法的优势，在方法建立时，用高分辨质谱获取代谢物的离子对信息，而在实际样品分析时采用靶向的多反应检测(MRM)方式测量代谢物的丰度，该方法覆盖度高、线性和重复性良好，而且不需要标样来限定检测的代谢物。在接下来8年时间，许国旺团队进行了不断摸索和拓展，不仅开发了相应的自动挑选离子对的软件，还将该方法从代谢组学拓宽到了脂质组学。近期，许国旺团队还将该方法进行了系统总结和提升，相关结果形成范本发表于2020年6月的《自然-实验手册》(Nature Protocols)。现在，这种拟靶向的思路和方法，已被更多研究团队采纳和拓展。　　除了大量的方法学研究之外，许国旺也表示，仅仅研究出方法，没有应用也不行。代谢组学是一个生命科学研究的基础平台，最重要的一个应用方向就是在临床领域。为此，许国旺团队与临床医院开展了多方合作，将团队的代谢组学平台与临床需求紧密结合起来，做了大量的研究。　　代谢组学需要强强联合　　谈到代谢组学在临床中的应用，可谓是当下最火热的研究领域之一。作为几大组学中最年轻的成员，相较于基因组、蛋白组，人们对代谢组重要性的认知要晚一些。代谢组处于基因调控网络和蛋白质作用网络的下游，代表了生物动态系统中最下游的阶段。代谢组学研究的是生物体内分子量小于1500的小分子代谢物组成的时空变化。相较于其他的组学，代谢组学反映了在生命体中已经发生的事件，因此能够更准确提供的是生物学的终端信息，这也使得代谢组学与临床的距离更接近。“基因组可以告诉我们基因发生了什么变化，但是基因出问题，人不一定一定发病；相反，一旦代谢异常，那么疾病肯定要发生了或已经发生了。”　　如何将代谢组学平台与临床需求紧密结合起来，许国旺表示，第一，可以在代谢层面做疾病分型；第二，可以做潜在的疾病标志物的发现；第三，做代谢重编程研究 第四，就是通过研究代谢异常，找到新的治疗靶点。在这些方面，近年来，许国旺和大量临床团队展开合作。　　比如，许国旺与郑州大学第一附属医院合作，就成功揭示了慢加急性肝衰竭的代谢重编程机制，并找到了通过代谢干预治疗肝衰竭的新方法。“这是一个非常让人振奋的例子，代谢组学在实际的临床治疗中起到了作用。”许国旺介绍，慢加急性肝衰竭是一种死亡率非常高的疾病，肝移植是最有效的治疗手段，但肝源有限。而这次的合作研究，通过代谢组学的方法，找到了慢加急性肝衰竭的异常代谢特征，并据此提出了新的治疗方案。“我们找到了这个代谢异常，临床医生余祖江教授一看，就找到了一种原来应用于心脏病治疗的药物-脂肪酸氧化抑制剂：曲美他嗪，可以用来干预这个异常。”在郑大一院，这个新的治疗方案一直在做临床试验，从结果来看，曲美他嗪显著改善慢加急性肝衰竭患者的临床预后，3个月的总体死亡率明显降低。　　“在代谢组学领域，合作是非常必要的。”许国旺强调，每个团队都有自己擅长的领域，对于临床的问题，一定需要临床的医生参与进来。据统计，近5年，有超过60个医院曾与许国旺的代谢组学平台进行联合研究，其中很多都是全国很有名的三甲医院，如上海的瑞金医院、东方肝胆医院等等。除此之外，他也同很多其他的相关机构展开了深入合作。　　最近，许国旺也和岛津展开合作，建立了代谢组学创新实验室。许国旺表示，自1996年开始，他与岛津一直保持着良好的合作关系，双方关于科研创新、人类健康等方面的理念是一致的。去年10月，岛津在中国成立创新中心，聚焦临床诊断、科研与组学、营养与安全、生物与制药、环境与能源五大行业，加速科研成果孵化，进一步加深了和中国科学家之间的合作。创新中心聚焦的领域，与许国旺的研究领域不谋而合，也使得本次合作得以开展。　　谈到未来的合作，许国旺提到，代谢组学是一个冉冉升起的朝阳行业，也是质谱仪器未来应用的重点，但在实际的使用中，现有商业化仪器很难满足需求。在许国旺的实验室，经常需要对国外进口的先进仪器进行改造，并开发新的方法。通过合作，许国旺希望能与岛津一起，开发更适合于代谢组学和临床使用的质谱硬件或方法。另一方面，在应用领域，双方也将合作选择1-2个临床项目开展合作，希望能够最终转化为临床可用的试剂盒，真正应用在实际中去。　　代谢组学：在解决临床问题中有无限潜力　　从最初时髦的新名词，到现在生命科学乃至临床研究中的大热点，代谢组学只用了短短的20年。“我们确实看到了这种趋势，代谢组学的研究正以指数型上升。”近些年，代谢组学在国内热度空前，许国旺近期曾做过统计，使用质谱做代谢组学相关的论文数目，中国目前已经在世界范围内居于首位。代谢组学相关研究队伍，近年来在国内也越来越多。无论从科研群体规模、发表论文数量还是申请项目数量等方面看，代谢组学在国内确实“火了”，预示着一个快速的发展。　　近几年，代谢组学在解决临床实际问题的时候显示出了很高的潜力，这也使得临床领域对代谢组学非常关注，许多医院都将代谢组学作为一个基础研究平台在建设。许国旺表示，一方面，医生们希望能够使用代谢组学的研究方法，发现并建立一些新的诊疗方法，使患者受益；另一方面，对于一些传统的生化指标，如氨基酸、肉碱、维生素D、同型半胱氨酸等，通过靶向的方式来进行高通量的常规临床检测。　　许国旺形容代谢组学正处于“青少年阶段”，我们看到了其发展的无限潜力和迅猛的上升势头，但是作为一个年轻的学科，它也面临着许多要解决的问题。除了方法学上还面临的一系列难题之外，如单细胞、少量细胞、极少量组织、大批量临床样本分析等；面对临床，代谢组学还要解决如何满足临床医生需求，通过沟通合作，真正能使代谢组学的研究结果去解决临床实际、实现转化等问题。　　许国旺表示，代谢组学的研究和真正的临床应用实际上是两个不同的概念，有不同的关注点。代谢组学研究的重点在于发现和创新，我们通过代谢组学找到新的疾病标志物或治疗靶点，再把这些获得的信息提供给临床专家。但是什么样的临床信息更重要、得到的信息如何用，临床医生更有发言权。将临床问题转化为代谢组学科学问题，以及将代谢组学成果转化为医院实际可以应用的技术方法都需要做很多工作。虽然从整体上来说，代谢组学现在还没办法像基因组学那样很成熟地应用在临床服务中，但另一方面，也让人看到了非常美化的前景，并取得了一些与临床紧密结合的成果。如现在已经在临床中很普及的新生儿代谢疾病筛查，就是代谢组学在临床中应用最成功的案例。　　后记：　　在采访中，许国旺一直在强调实际应用的重要性。他认为，如何将临床问题通过代谢组学研究，转化为实际能让病人受益的东西，是代谢组学研究的关键。“科研最后还是要落地到实际中去，这才是我们的终极目标。”　　关于岛津中国创新中心　　岛津中国创新中心成立于2019年10月，是岛津制作所全球范围内的第四个创新研发中心，是基于2015年10月成立的岛津中国质谱中心而建立的，其定位为携手用户研发最尖端的应用与技术、迅速应对用户的需求及法规的变化、基于市场需求开发新的系统三个方向。岛津希望通过全球创新中心的设立，使岛津的服务、产品更加系统化，从技术到产品整个过程中都可以给客户提供更多的帮助，成为科学家成果转化的加速器。　　岛津公司成立已有144年，而创新始终是公司发展的基础。在一份第三方的数据统计中，岛津公司在拥有专利数量方面在业界位居全球第二位。而且，2002年岛津公司的田中耕一荣获了诺贝尔化学奖，开创了公司研究人员获奖的先河。如今，在面临新的发展机遇之时，岛津公司希望与中国广大用户合作、共同为国家、社会、经济等发展贡献力量。

摘要：2021年5月，中国科学院青岛生物能源与过程研究所荆晓艳博士等人应用星赛生物的RACS-Seq®单细胞拉曼分选-测序耦合系统，以及相应的RAGE芯片和单细胞分析试剂盒（包括环境样品中微生物单细胞提取与制备、稳定同位素饲喂细胞、单细胞核酸裂解与扩增等环节）在美国微生物学会会刊《mSystems》在线发表题为“One-Cell Metabolic Phenotyping and Sequencing of Soil Microbiome by Raman-Activated Gravity-Driven Encapsulation (RAGE)”的文章。单细胞拉曼分选耦合测序（RACS-Seq）是剖析环境菌群功能机制的重要手段，但拉曼分选后单个细菌细胞基因组的覆盖度通常低于10%，极大限制了其应用。近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心基于星赛生物的RACS-Seq®单细胞拉曼分选-测序耦合系统，以及相应的RAGE芯片和单细胞分析试剂盒（包括环境样品中微生物单细胞提取与制备、稳定同位素饲喂细胞、单细胞核酸裂解与扩增等环节），首次实现了精确到一个细菌细胞、全基因组覆盖度达93%的环境菌群scRACS-Seq，为环境微生物组原位代谢功能研究提供了一个强有力的新工具。土壤是地球上最重要的生态系统之一，土壤微生物组的代谢活动支撑着农业与畜牧业，也在地球元素循环、全球气候变化中起着关键性作用。同时，土壤菌群也是地球上最多样与最复杂的微生物组之一，而其中大部分微生物尚难以培养，因此，单个细胞精度的拉曼分析-分选-测序（Single-cell RACS-Seq，简称scRACS-Seq）策略，是剖析土壤等环境菌群之代谢机制的重要手段。然而针对环境菌群的scRACS-Seq一直以来存在两大瓶颈，一是难以无损、快速地获取具有特定拉曼表型的单个细胞；二是难以获得高覆盖度的单细胞基因组数据。这已经成为scRACS-Seq技术体系在复杂菌群中得以广泛应用的关键瓶颈。针对这一业界共性难点问题，单细胞中心荆晓艳、公衍海和徐腾等组成的联合攻关小组，基于前期发明的RAGE-Seq技术（Raman-activated Gravity-driven Encapsulation and Sequencing Xu, et al, Small, 2020，点击查看），从液相拉曼分析稳定同位素底物饲喂的土壤菌群出发，将特定拉曼表型的细菌单细胞精准分离并包裹到皮升级液滴中，进而耦合下游基因组测序。结果表明：（i）土壤菌群中细胞代谢活跃的低丰度物种（如Corynebacterium spp., Clostridium spp., Moraxella spp., Pantoea spp. 和 Pseudomonas spp.等）可经耦合重水饲喂与标记的RAGE-Seq精准地识别和分选，其单细胞基因组覆盖率可高达〜93％；（ii）同样，基于RAGE-Seq，含类胡萝卜素的土壤微生物细胞（如Pantoea spp., Legionella spp., Massilia spp., Pseudomonas spp., 和Pedobacter spp.等）能实现单个细胞分辨率、高基因组覆盖度的代谢重建，从而完整、深入地挖掘其类胡萝卜素合成途径；（iii）这些“原位”合成类胡萝卜素的土壤微生物细胞中，既有代谢活跃的，也相当部分是惰性的，表明基于纯培养的策略势必错失这些代谢惰性的功能微生物，因此“原位”、单细胞精度的功能细胞识别和分离，对于全面、客观的菌群功能剖析和资源挖掘具有重要意义。精确到一个细胞的拉曼分析-分选-测序（scRACS-Seq）此外，该工作还通过组分与状态均精确可控的人工菌群，建立了系统且严格的scRACS-Seq质量评价与控制体系。基于该体系，发现该技术能将不同拉曼表型的细菌单细胞从菌群中快速、精准分离，在保证单细胞拉曼光谱质量的同时，分选准确性达100%。此外，以来自于靶标细胞周围水相的空液滴为阴性对照，发现靶标细胞序列中被菌群中其他细胞DNA污染的概率极低。上述工作定量证明了scRACS-Seq的灵敏度、特异性和可靠性。借助星赛生物的RACS-Seq®单细胞拉曼分选-测序耦合系统，以及相应的RAGE芯片和单细胞分析试剂盒（包括环境样品中微生物单细胞提取与制备、稳定同位素饲喂细胞、单细胞核酸裂解与扩增等环节），scRACS-Seq可以在复杂菌群中以单个微生物细胞的分辨率建立新陈代谢与基因组的联系，从而精确回答“谁在做什么，为什么”。该系统广谱适用于细菌、古菌、真菌和动植物细胞，正服务于涵盖各种复杂生态系统的研究和应用。

p 　　流行病学及毒理学研究已经确证大气污染是心肺系统疾病的重要风险因素。近年，少量研究也指出大气污染物暴露与代谢异常疾病(例如糖尿病)的健康指标可能存在关联。 br/ /p p 　　北京大学环境科学与工程学院朱彤课题组就此提出了一系列科学问题：代谢异常人群是否对大气污染更易感?大气污染暴露是否会加快代谢疾病进程?其背后的生物学机制如何?哪些污染物是更重要的危险因素?等等。考虑到中国严重的空气污染现状、庞大的糖尿病人口基数及疾病负担，回答这些科学问题对于我国的公共卫生政策具有重要意义。但由于相关研究非常有限，在研究设计及方法上也存在局限性，因此这些科学问题目前还没有得到系统的证据支持。 /p p 　　在上述背景下，朱彤课题组于2013年起开展了前瞻性人群定组研究(SCOPE)，通过与北京大学校医院合作，招募糖尿病前期人群(血糖浓度高于正常水平、但未确诊糖尿病)及健康对照人群各60名，在一年间对受试人群进行了四次重复随访测量。临床随访中完成功能性指标测量并采集呼出气、呼出气冷凝液、血清、血浆、尿样等多种生物样品，结合流式细胞仪、代谢组学等分析手段，详尽评价了每名受试者呼吸及心血管系统性炎症、血糖血脂代谢、血管内皮功能、氧化应激损伤等多条机制通路的相关生物标志物水平 同时利用北大环境观测站点以及个体采样器，发展大气污染的暴露组学研究，获得大气颗粒物全面的理化特征(各粒径段数浓度及化学组分)和个体暴露水平。 /p p 　　通过多项精细的生物标志物及大气污染浓度测量及暴露、代谢、基因等多种组学的综合分析，SCOPE研究有助于回答“代谢异常人群是否对大气污染更易感、大气污染暴露是否会加快代谢疾病进程”等科学问题，并可深入揭示大气污染物暴露对人群心肺及代谢系统的损伤效应及潜在生物学机制。 /p p 　　SCOPE人群项目的研究方法设计相关论文近日在线发表于SCIENCE CHINA Life Sciences (《中国科学：生命科学》英文版)，敬请关注 ▼ /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/noimg/9d3ea031-01c4-44c5-89ba-7d0b2fa1c9ad.jpg" title=" 1.jpg" width=" 597" height=" 124" style=" width: 597px height: 124px " / /p p 　　[该研究得到了国家自然科学基金(41421064, 21190051,41121004)、以及中国博士后基金(154248)的支持。朱彤教授为通讯作者，朱彤课题组王彦文博士和韩逸群博士后为论文共同第一作者] /p p 　　点击下方链接，可免费阅读该论文详细内容↙ /p p 　　http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCLS/doi/10.1007/s11427-017-9074-2?slug=full%20text /p p br/ /p

p 　　2018年2月5日，Sciex宣布它已经与IROA Technologies合作，为生物样品中的代谢物的鉴定和定量提供一个系统。 /p p 　　根据协议条款，两家公司将共同推广一个结合IROA工作流程的同位素比率异常值分析系统，该系统包括标记生物化学代谢物的相对定量分析，然后进行算法分析 。这是与Sciex的Swath数据独立采集协同工作的下一代代谢组学和TripleTOF系统的工作流程。 /p p 　　其他条款没有披露。 /p p 　　“使用可变窗口Swath采集的IROA可以让研究人员从复杂的混合物中采集全面的数据，用于一次注射中的鉴定和定量，然后迅速降低结果的复杂性，加速生物相关代谢物的鉴定”， Sciex战略市场管理总监Mark & nbsp Cafazzo在一份声明中表示。通过与IROA Technologies合作并将IROA工作流程套件添加到Sciex新一代代谢组学解决方案中，我们可以帮助科学家解决他们每天面临的代谢物识别挑战，尤其是针对复杂样品。 /p p strong & nbsp & nbsp & nbsp IROA公司简介： /strong /p p 　　IROA技术有限责任公司从2010年6月成立的NextGen代谢组学公司发展而来。公司创始人在代谢组学平台，药物开发和生命技术领域拥有开拓性的职业生涯。 尽管质谱平台的发展，持续的代谢组学挑战是对大量数据集的识别和解释。 /p p 　　IROA方法可消除噪音，分析变异性和离子抑制，从而轻松实现干净，精确，可重现的数据集。 先进的IROA感知算法通过提供对其含义的深入了解，将这些数据集转化为解决方案。 /p p 　　IROA Technologies的使命是简化客户的代谢组学研究。 公司将继续开发精简生物标志物发现的产品。 /p p & nbsp /p

导读代谢组学(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，是系统生物学的重要组成部分，已经应用到了诸如动物、植物、微生物的机理研究中，着重探索、发现与疾病、医药、功能相关的生物标志物(Biomarker)。生物标志物是指“一种可客观检测和评价的特性，可作为正常生物学过程、病理过程或治疗干预药理学反应的指示因子”，寻找和发现有价值的生物标志物已经成为当前生物、医药领域的研究热点。然而，生物标志物的发现，是一场砂砾淘金、去伪存真的艰难征程，面临诸多挑战。 挑战1 生物标志物的发现，海量筛选，准入高，难度大 相比于基因组学和蛋白组学，代谢组学难度急剧增加。原因有： 1. 目标物范围更广：基因/转录组只需测4种核苷酸排列，蛋白组测20种氨基酸排列，代谢组则包含各类小分子代谢物，要进行结构鉴定可比大海捞针； 2. 需要交叉专业知识：如将代谢组学应用在生物研究中，需要分析化学背景进行分离检测，这些数据的正确解析和可视化需要有统计分析的基础；最后需要了解生物学知识以诠释数据背后的生物学意义； 3. 软硬件要求高：使用的分析体系大都属于高端仪器及其配套软件，比如色-质谱联用系统里色谱可选GC-MS，LC-MS，CE-MS，质谱根据靶向、非靶向可选QQQ，Q-TOF，IT-TOF等；海量数据采集完毕还需要专业、多功能数据分析平台解读数据，最后还要对潜在生物标志物进行结构鉴定，因此代谢组学每一步都是准入高，难度大！ 挑战2 如何去伪存真，减少无意义差异物，找到真正的生物标志物 代谢组学巨大的挑战之一，是如何减少生物样品本身，或采集、保存、前处理和分离检测过程中产生“非预期”或“噪音”代谢物，从而去伪存真，找到真正的差异生物标志物： 1. 个体情绪差异、非目标病因的生理差异（近期饮食习惯、喝水量、排尿量、运动量、生病、过敏）、其他药物的耦合作用/副作用，都会对个体代谢物产生非预期的影响； 2. 在采集样本时，如血样、组织、器官，采集者参差不齐的技术熟练度也会引入其他刺激和干扰因素； 3. 样品的保存同样会引入大量干扰物或造成样品变化。比如保存前是否存在溶血，保存温度，冷冻时间长短等，都会使样品产生不可预期的变化； 4. 不同的样品前处理手段，如液液萃取、固相萃取、蛋白沉淀等，其化学、物理选择性不同；另外，操作人员的熟练度、溶液量、溶液污染、萃取柱批间差等样本外的误差，都可能会造成样品组内和组间差异。 海量的待选小分子目标物，加上上述这些“不确定性”和“科学偏差”产生比生物标志物浓度更高、响应更强的无意义组别差异物，使得代谢组学在生物标志物发现的路上，困难重重，犹如大海捞针，沙里淘金。虽然后续的统计分析会把大多数的这类干扰物去除，却不能保证最终能得到正确的生物标志物，或使其处于最显著地位。 虽然代谢组学研究困难重重，但经过多年的研究探索，科研界都认同利用代谢组学的思路发现生物标志物是方向正确、前景广阔的，相信随着分析仪器，特别是高端质谱及其配套软件和科学家研究水平的提高，越来越多有用的生物标志物会被挖掘出来造福于人类。 岛津是全球领先的质谱研发、生产厂家：从上世纪70年代开始研发扇形质谱，成功生产了世界上第一台商品化扇形磁场型质谱GCMS LKB9000；80年代开发了基质辅助激光解析电离飞行时间质谱（MALDI-TOF）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS），岛津科学家田中耕一先生在2002年因为MALDI离子源的研发获得了诺贝尔化学奖，因此岛津拥有深厚的质谱研发基础和实力。 目前岛津质谱的产品线齐全，有机质谱包括单四极杆质谱（SQ）、三重四极杆质谱（TQ）、高分辨质谱离子阱飞行时间质谱（IT-TOF）和四极杆飞行时间质谱（Q-TOF）；无机质谱有ICP-MS；生命科学领域有MALDI-TOF、质谱显微镜等。这些质谱仪器与分离技术联用，满足科学研究的各种需求。基于岛津高端质谱，国内高校研究所发表了多篇代谢组学用于脑卒中、癌症和动物生理相关的生物标志物发现的文章，在此系列微信中挑选出典型案例，帮助读者进一步了解疾病和生理现象。

我国是世界第一大苹果生产国和消费国，2022年全国苹果产量约3500万吨。随着消费习惯的改变，人们对果实品质和营养健康效益也越来越重视，而不同品种果实在食用品质、贮藏特性、营养品质等方面存在差异。果实特征与代谢物直接关联，建立基于营养代谢物的时空品质评价数据库是提升果实品质的基础，这不仅是满足人民对美好生活向往的需要，更是农业高质量发展、乡村振兴和改善人民生命健康的重要举措。农产品加工研究所基于广谱代谢组技术构建了苹果时空品质评价代谢物数据库，包含类黄酮、酚酸、有机酸、脂质、生物碱、单宁、氨基酸、核苷酸、糖及糖醇、萜类等2575种营养代谢物。对来自全球的292份自然群体苹果品质与代谢物含量进行分析，比较了不同族系差异代谢物及其营养特征，鉴定了特征代谢物对不同品种果实鲜食、加工、贮藏等特性的影响。在此基础上，基于全基因组关联分析鉴定了222877个与2205种苹果营养代谢物显著关联的位点。这是目前最大的苹果时空品质评价代谢物数据库，从基因组层面系统解析物质代谢调控位点，为我国果实品质改良、加工适宜性和营养品质评价等提供数据支撑，将极大地促进果实品质的数字化、标识化、优质化和加工原料品种专一化，为打造农产品品牌和提升生产加工标准化提供了技术支撑。该研究成果在国际顶级期刊《Genome Biology》（IF5-y=20.366）在线发表。农产品保鲜与物流创新团队林琼副研究员、研究生陈静、果蔬加工与品质调控创新团队刘璇研究员、迈维代谢王彬博士为论文共同第一作者，毕金峰研究员为通讯作者。研究材料采自国家苹果梨种质资源圃。研究得到了国家重点研发计划（2022YFD2100100）、国家苹果产业技术体系（CARS-27）、中国农科院农产品加工研究所创新工程院所重点任务（CAAS-ASTIP-G2022-IFST-02）等项目支持。原文链接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-023-02945-6图 基于群体代谢视角揭示苹果品质改良机制

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。

2006年8月上海-讯：作为全球领先的液相色谱、质谱、化学品及实验室信息管理系统专业生产厂家， 沃特斯(Waters)将于今秋9月19日至21日参加在上海新国际博览中心举办的慕尼黑上海分析生化展， 重点推介其创新的代谢组学研究解决方案--超高效液相色谱（Waters® ACQUITY UPLC™ ）与高分辨率TOF质谱联用的分析平台。 超高效液相色谱（Waters® ACQUITY UPLC™ ）是液相色谱系统的领先者。这一创新技术使得液相色谱技术在分离度，灵敏度和速度的综合性能得到全面提升。超高效液相色谱（Waters® ACQUITY UPLC™ ）系统利用在填料化学性能、仪器系统优化、检测器设计和数据处理及控制方面的优势，对分离科学进行了重新定义。 超高效液相色谱(Waters® ACQUITY UPLC™ ）与高分辨率TOF质谱联用为代谢组学研究提供了功能强大的分析技术平台，可用于鉴定未知化合物、量化已知物质并解释分子的结构和化学特性，这意味即使在复杂的化学混合物样品中，浓度很低的化合物也可以被鉴定。它的重要功能包括代谢鉴定，生物标记物发现以及毒性研究等。 同期，沃特斯(Waters)还将于展会首日9月19日下午14：00至14：30在W2展馆M2会议室举办“沃特斯(Waters)代谢组学研究分析平台”专题论坛，与业内专家共同探讨这一创新的解决方案。 关于沃特斯公司（Waters Corporation） 沃特斯公司（Waters Corporation）在三大分析技术领域：液相色谱技术、质谱技术和热分析技术方面占据世界领先地位。在整个200至250亿美元分析仪器市场份额中约占50亿美元。 媒体查询，请联络： 沃特世科技（上海）有限公司 谢迎锋 小姐 电话：+86 21 54263597 传真：+86 21 64951999 Email：xie_ying_feng@waters.com 网址： www.waters.com www.waterschina.com

众所周知，早餐是人一天中比较重要的一餐。此前的研究表明，早餐可以让人精力充沛，提高工作和学习的效率。但是，几点吃早餐最合适，很多人并不清楚。近日，一项发表在2021年美国内分泌学会年会上的研究表明：在8:30之前开始吃早餐的人，血糖水平和胰岛素抵抗程度均较低，这或许可以降低患2型糖尿病的风险。在研究过程中，科学家对一万多名成年人进行了调查。他们发现，进食时间间隔短的人，胰岛素抵抗水平高。而在早上8:30之前吃早餐的人，体内胰岛素抵抗水平普遍偏低。科学家表示，不管人们是否禁食，如果他们在早上8:30之前吃第一顿饭，其胰岛素抵抗水平就会降低。这表明较早时间吃早餐，总体上对人体的新陈代谢有更多益处。科学家建议，糖尿病患者除了要特别注意早餐时间，还应该注重营养。比如全谷物搭配一些蔬菜、肉类，饮料可以选择牛奶或咖啡。