什么是代谢组学？

代谢组位于基因调控网络和蛋白质作用网络的下游，提供生物学的终端信息。那么代谢组学提供终端信息的实验过程是怎样的呢？

代谢组学的实验过程主要包括生物样品制备、代谢物分离、检测和鉴定、数据分析和生物学解释。

生物样品制备

代谢物主要通过体液排泄，因此各种易得的生物体液是代谢组学研究的主要样本。同时，各种复杂的生物组织和细胞样本，如临床或动植物实验中获得的病理组织或动植物组织等，也是代谢组样本。

由于身体的所有组织和器官都参与代谢过程，每个细胞都有其代谢产物的释放，周围的环境可以改变细胞的功能。因此，代谢谱易受多种因素影响，代谢组学研究的样本采集需要严格控制。采集样本时，需要考虑采集时间、样本保存条件和保存时间等的平行性。特别是临床生物样本不易控制，需要考虑年龄、性别、年龄等的匹配。受测患者与健康对照人群的饮食、作息习惯、体重、用药等因素之间的差异。这些因素的变化会导致代谢谱的变化，影响实验结果。

与基因和蛋白质相比，代谢物处于生命活动的下游，动态波动较大。因此，需要更多的生物学重复来提高数据的可靠性和可信度。

代谢组学研究的技术手段

根据不同的样品性质、实验目的、代谢物的理化性质，选择不同的分析鉴定技术。目前，常用的鉴定技术是色谱-质谱联用技术和核磁共振（NMR）技术。

色谱-质谱技术：利用色谱分离和质谱鉴定，可以对代谢物进行快速定性分析和准确定量。同时，由于质谱的灵敏度高，可以检测到更多的低水平代谢物。

色谱-质谱法包括液相色谱-质谱法和气相色谱-质谱法。

液相色谱-质谱联用仪(LC/MS)

LC/MS是一种分辨率较高的分离分析技术。具有灵敏度高、动态范围宽、无需衍生化等优点。因此，它已成为代谢组学研究中常用的技术。 LC/MS的主要分析范围包括非挥发性化合物的分析与测定、极性化合物的分析与测定以及热不稳定化合物的分析与测定。 1000Da以内的大分子量化合物的分析测定，包括蛋白质、肽、聚合物等。

气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)

GC/MS是一种质谱技术，主要用于挥发性物质的分离和鉴定。拥有较为完善的美国国家标准与技术研究院（NIST）数据库。它在代谢物鉴定方面具有一定的优势，是植物代谢组学研究中常用的分析技术。

在动物代谢组学方面，由于动物的内源代谢物大多是非挥发性的，分析样品需要经过复杂的化学衍生化处理才能实现分析，这限制了GC/MS的应用。然而，随着衍生化试剂和方法的创新，GC/MS开始逐渐应用于动物代谢组学。与LC/MS相比，GC/MS检测到的化合物主要是低极性、分子量相对较小（<300 Da）的代谢物。

核磁共振(NMR)

核磁共振（NMR）能够实现对样品中代谢物无偏差，并且所有化合物的灵敏度相同；对样品无损伤，不会破坏生物样品的结构和性质。无需复杂的预处理，可以在接近的生理条件下对生物样品进行测试；并且可以实时动态检测。

但NMR也有明显的缺点，主要表现在以下几个方面：其灵敏度比质谱低几个数量级，难以检测丰度低的代谢物；对于可检测到但含量较低的代谢物，信号较弱。同一种代谢物会产生多种信号，有些信号是不同代谢物信息叠加的结果。 NMR 可以提供结构片段的信息，但通常很难将这些片段分配给代谢物。

概括

不同的代谢组鉴定技术具有不同的特点。 GC/MS 擅长分析和鉴定挥发性和低极性代谢物，但不适合非挥发性代谢物。 LC/MS擅长分析鉴定1000Da以内的大分子量化合物、非挥发性化合物、极性化合物、热不稳定化合物。NMR检测代谢物无偏差、无损伤、前处理简单、实时具有动态检测特性，但检测灵敏度较低。因此，应根据研究对象的特点和目的，进行更全面的代谢组分析和鉴定，灵活组合一种或多种代谢组鉴定技术，充分发挥各自的优势。