代謝組學(xué)技術(shù)新突破：高分辨分離分析提升疾病診療潛力

2025.6.06

近期，我所生物技術(shù)研究部高分辨分離分析和代謝組學(xué)研究組（1808組）劉心昱研究員和許國旺研究員團(tuán)隊在代謝組學(xué)關(guān)鍵技術(shù)、方法研究中取得系列進(jìn)展，提升了代謝組學(xué)分析的信息覆蓋度、通量，以及數(shù)據(jù)挖掘與解析深度，為復(fù)雜生物體系小分子的精準(zhǔn)表征及其在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用提供了高效、可靠的技術(shù)手段。

人類健康受遺傳、環(huán)境、菌群等多種因素及其相互作用的影響。以生物體內(nèi)小分子化合物為研究對象的代謝組學(xué)技術(shù)在重大疾病的預(yù)防、診斷和治療中正在發(fā)揮重要作用。然而，面對種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、濃度跨度大的內(nèi)源性代謝物及環(huán)境暴露物，當(dāng)前代謝組學(xué)技術(shù)在全景式檢測、數(shù)據(jù)處理及信息挖掘等方面面臨諸多挑戰(zhàn)。

針對高覆蓋分析需求，團(tuán)隊開發(fā)了基于一維色譜-單質(zhì)譜雙模式創(chuàng)新方法，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)源性代謝物與外源性暴露物的一體化同時分析，單次進(jìn)樣實(shí)現(xiàn)血中1,190個代謝物的半定量和210個暴露物的精準(zhǔn)定量分析，提高了分析效率（Anal. Chem.，2025）；發(fā)展了五氟苯基柱高覆蓋檢測結(jié)合數(shù)據(jù)庫知識導(dǎo)向規(guī)?；⑨尩木合嚓P(guān)代謝物系統(tǒng)性分析策略，拓寬了檢測范圍，單次進(jìn)樣可分析菌群相關(guān)的1,250種代謝物，為深入研究腸道微生物與宿主相互作用提供了有力支撐（Anal. Chem.，2024）；開發(fā)了基于花狀異質(zhì)結(jié)納米新材料的激光解吸電離質(zhì)譜法（Anal. Chem.，2025），以及基于慣性微流控芯片的單細(xì)胞質(zhì)譜法（Anal. Chem.，2024），有望在肺癌標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)及巨噬細(xì)胞極化的研究中發(fā)揮積極作用。

在代謝組學(xué)大數(shù)據(jù)處理方面，團(tuán)隊提出了適用于大規(guī)模樣本非靶向質(zhì)譜分析特征檢測和匹配的MetCohort新方法，降低了檢測的假陽性和假陰性，提升了大規(guī)模樣本數(shù)據(jù)匹配的準(zhǔn)確性，為后續(xù)的化合物鑒定和統(tǒng)計分析提供了保障（Anal. Chem.，2025）；開發(fā)了基于化學(xué)分類驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)分析揭示關(guān)鍵代謝途徑的新方法，有效挖掘非靶向代謝組學(xué)中隱藏的代謝物結(jié)構(gòu)信息，大大提高了組學(xué)數(shù)據(jù)利用率，為關(guān)鍵途徑的限定提供了新方法（Anal. Chem.，2024）。

非靶向代謝組數(shù)據(jù)的注釋一直是代謝組學(xué)發(fā)展的一個瓶頸。團(tuán)隊研發(fā)了系列基于結(jié)構(gòu)大數(shù)據(jù)的分子網(wǎng)絡(luò)注釋新技術(shù)：將基于分子結(jié)構(gòu)的分子網(wǎng)絡(luò)方法（Anal. Chem.，2023）與新型有機(jī)物離子電子碰撞激發(fā)（EIEIO）技術(shù)（Anal. Chem.，2024）、新型質(zhì)譜采集技術(shù)Orbitrap Astral（Anal. Chem.，2025）結(jié)合，進(jìn)一步提升了注釋的覆蓋度與解析深度；研發(fā)的基于EIEIO的脂質(zhì)sn-和C=C位置的精細(xì)結(jié)構(gòu)注釋方法，突破脂質(zhì)精細(xì)結(jié)構(gòu)解析的技術(shù)瓶頸，提升了復(fù)雜生物樣本中脂質(zhì)異構(gòu)體的注釋能力（Anal. Chem.，2025）；提出了一種新型質(zhì)譜碎片預(yù)測方法，最大程度保留化學(xué)結(jié)構(gòu)信息，實(shí)現(xiàn)了小分子高分辨二級質(zhì)譜的高精度預(yù)測（Anal. Chem.，2024）。

該團(tuán)隊在上述《分析化學(xué)》（Analytical Chemistry）上發(fā)表的關(guān)于代謝組學(xué)分析新技術(shù)的系列研究進(jìn)展，提升了對代謝組的分析覆蓋度、數(shù)據(jù)挖掘能力和規(guī)?；⑨屇芰Γ黄屏爽F(xiàn)有方法對質(zhì)譜庫的依賴。隨著這些新技術(shù)、新方法的不斷推廣應(yīng)用，有望在重大疾病的診療、藥物研發(fā)、公共健康監(jiān)測等諸多領(lǐng)域發(fā)揮積極作用。（文/圖路鑫、石先哲）

代謝組學(xué)許國旺劉心昱

中科院大連化物所

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