代谢组学在临床医学中的应用
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化学电离（CI）：与EI原理相同，利用小分子气体作为电离反应介质 （甲烷），适用于稳定性差易挥发的有机化合物，气质联用主要使用。
大气压化学电离（APCI）：大气压下利用电晕放电来使气相样品和 流动相电离的一种离子化，要求样品有一定的挥发性，适用于非极性 或低、中等极性的化合物，由于极少形成多电荷离子。
代谢组（metabolome）是基因组的下游产物也是最终产物，是 一些参与生物体新陈代谢、维持生物体正常生长功能 和生长发 育的小分子化合物的集合，主要是相对分子量小于1000的内源 性小分子。
代谢物数量因物种不同而差异较大：
植物（200 000种）、动物（2500种）、微生物（1500种）
代谢组学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。
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。基因与蛋 白质的表达紧密相连，而代谢物则更多地反映了细胞所处的环 境，这又与细胞的营养状态，药物和环境污染物的作用，以及 其它外界因素的影响密切相关。
激光解吸/电离（MALDI）：样品置于涂有基质的样品靶上，激光照 射到样品靶上，基质分子吸收激光能量，与样品分子一起蒸发成气相 并使样品分子电离。适合于分析生物大分子，如肽、蛋白质、核酸等， 特别适合于飞行时间质谱仪。
代谢组学的起源和发展
上世纪七八十年代，Baylor医学院Horning EC教 授；血和尿中酸类和糖类；用于临床疾病诊断及 研究；
1986年,《色谱》杂志出版代谢谱分析专集。 1999年，Jeremy Nicholson正式提出代谢组学
metabolomics的概念. 2002年，Brindle J. T, Antti H, Holmes E, et al. Nat
离子检测器（ion detector）：质谱仪器中检测离子丰度的 部件。
分辨率（mass resolution）：在给定样品的条件下，仪器 对相邻的两个分子量的质谱峰的区分能力。
灵敏度（sensitivity）：灵敏度是质谱仪器对样品量感测能 力的评定指标，是指在规定条件下，对选定化合物产生的 某一质谱峰，仪器对单位样品所产生的响应值。
电喷雾电离（ESI）：主要应用于液相色谱-质谱联用仪，既作为液相 色谱和质谱仪之间的接口装置，同时又是电离装置，适合于分析极性 强的大分子有机化合物，如蛋白质、肽、糖等。电喷雾电离源的最大 特点是容易形成多电荷离子，一个分子量为10000Da的分子若带有10 个电荷，则其质荷比只有1000Da，进入了一般质谱仪可以分析的范围 之内。
一，代谢组学的概念
系统生物学
基因组学：研究和描绘生物体的基因 谱图；分析基因与遗传/物种、病源、 环境、毒物、药物等关联；
蛋白组学：研究生物体在基因调控和 环境双重作用下所表达的蛋白质种类 和数量多少；
代谢组学：研究生物体在基因调控、 蛋白质和系统代谢作用下小分子化合 物随生物体的生长、发育、变化（突 变）、疾病、衰老、对外界刺激等过 程而导致的在数量和浓度水平上的变 化规律。因此，代谢组学所反映的是 各因素综合作用下的终末效应
Med.
代谢组学
植物
生物体内 内源性物质
人体
指纹谱 有效成分 来源产地 …
病因、病理 药效/毒性…
药效/毒性评价 分子作用机制
代谢组学的比较优势
代谢组（数千个，主要是酸、氨基酸、碳水 物类、脂类、游离脂肪酸等）比基因组（数 十万）、蛋白组（数百万）简单；
优势：代谢物比较明确，代谢网络、代谢酶 的功能比较清晰；有利于进行机理研究;
复旦大学投毒案
复旦投毒案，指2013 年4月上海复旦大学上 海医学院研究生黄洋 遭他人投毒后死亡的 案件。犯罪嫌疑人林 森浩是受害人黄洋的 室友，投毒药品为剧 毒化学品N-二甲基亚 硝胺。
复旦投毒案二审辩论的焦点。辩方两位律师在庭审中 多次提及关键证据质谱图，并称只有得到该Leabharlann Baidu，才能
知道黄洋中何毒、以及毒品的剂量，但检方却迟迟不 肯拿出。
质量范围（mass range）：它描述仪器所能测量的最轻和 最重离子之间的质量范围。
质谱仪检测原理示意图
分子电离、碎裂 （离子的生成）
进样系统
离子源
离子按质 核比分离
离子检测、 记录
质量分析器 离子检测系统
真空系统
离子源
电轰击电离（EI）： 一定能量的电子直接轰击样品分子使其电离，适 用于易挥发有机样品的电离，气质联用主要使用。
因此有学者认为：“基因组学和蛋白质组学告诉你什么可能会 发生，而代谢组学则告诉你什么确实发生了。”
代谢组学概念
代谢组学（Metabonomics/ Metabolomics ）是通过考察生物体 系（细胞、组织 或生物体）受刺激或扰动后（如将某个特定的 基因变异或环境变化后），其代谢产物的变化或其随时间的变 化，来研究生物体系的一门科学。
问题 ：检测、鉴定、数据分析有难度
二，生物质谱技术
概念
质谱分析是一种测量离子质荷比（质量-电荷比m/z）的分 析方法，其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电 离，生成不同荷质比的带电荷的离子，经加速电场的作用 ，形成离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，再利 用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而 得到质谱图，从而确定其质量。
生物质谱技术正成为蛋白质鉴定分析及内源性/外源性小 分子物质定性与定量的主要支撑技术，按照工作原理分类 为：四极杆质谱，飞行时间质谱，离子阱质谱，傅立叶变 换质谱。
质谱简介
质谱术语名词及关键参数
离子源（ion source）：质谱仪中使样本电离生成离子的部 件。
质量分析器（mass analyzer）：质谱仪器中使电子按其质/ 荷比大小进行分离的部件。
大气压化学电离（APCI）：大气压下利用电晕放电来使气相样品和 流动相电离的一种离子化，要求样品有一定的挥发性，适用于非极性 或低、中等极性的化合物，由于极少形成多电荷离子。
代谢组（metabolome）是基因组的下游产物也是最终产物，是 一些参与生物体新陈代谢、维持生物体正常生长功能 和生长发 育的小分子化合物的集合，主要是相对分子量小于1000的内源 性小分子。
代谢物数量因物种不同而差异较大：
植物（200 000种）、动物（2500种）、微生物（1500种）
代谢组学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。
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。基因与蛋 白质的表达紧密相连，而代谢物则更多地反映了细胞所处的环 境，这又与细胞的营养状态，药物和环境污染物的作用，以及 其它外界因素的影响密切相关。
激光解吸/电离（MALDI）：样品置于涂有基质的样品靶上，激光照 射到样品靶上，基质分子吸收激光能量，与样品分子一起蒸发成气相 并使样品分子电离。适合于分析生物大分子，如肽、蛋白质、核酸等， 特别适合于飞行时间质谱仪。
代谢组学的起源和发展
上世纪七八十年代，Baylor医学院Horning EC教 授；血和尿中酸类和糖类；用于临床疾病诊断及 研究；
1986年,《色谱》杂志出版代谢谱分析专集。 1999年，Jeremy Nicholson正式提出代谢组学
metabolomics的概念. 2002年，Brindle J. T, Antti H, Holmes E, et al. Nat
离子检测器（ion detector）：质谱仪器中检测离子丰度的 部件。
分辨率（mass resolution）：在给定样品的条件下，仪器 对相邻的两个分子量的质谱峰的区分能力。
灵敏度（sensitivity）：灵敏度是质谱仪器对样品量感测能 力的评定指标，是指在规定条件下，对选定化合物产生的 某一质谱峰，仪器对单位样品所产生的响应值。
电喷雾电离（ESI）：主要应用于液相色谱-质谱联用仪，既作为液相 色谱和质谱仪之间的接口装置，同时又是电离装置，适合于分析极性 强的大分子有机化合物，如蛋白质、肽、糖等。电喷雾电离源的最大 特点是容易形成多电荷离子，一个分子量为10000Da的分子若带有10 个电荷，则其质荷比只有1000Da，进入了一般质谱仪可以分析的范围 之内。
一，代谢组学的概念
系统生物学
基因组学：研究和描绘生物体的基因 谱图；分析基因与遗传/物种、病源、 环境、毒物、药物等关联；
蛋白组学：研究生物体在基因调控和 环境双重作用下所表达的蛋白质种类 和数量多少；
代谢组学：研究生物体在基因调控、 蛋白质和系统代谢作用下小分子化合 物随生物体的生长、发育、变化（突 变）、疾病、衰老、对外界刺激等过 程而导致的在数量和浓度水平上的变 化规律。因此，代谢组学所反映的是 各因素综合作用下的终末效应
Med.
代谢组学
植物
生物体内 内源性物质
人体
指纹谱 有效成分 来源产地 …
病因、病理 药效/毒性…
药效/毒性评价 分子作用机制
代谢组学的比较优势
代谢组（数千个，主要是酸、氨基酸、碳水 物类、脂类、游离脂肪酸等）比基因组（数 十万）、蛋白组（数百万）简单；
优势：代谢物比较明确，代谢网络、代谢酶 的功能比较清晰；有利于进行机理研究;
复旦大学投毒案
复旦投毒案，指2013 年4月上海复旦大学上 海医学院研究生黄洋 遭他人投毒后死亡的 案件。犯罪嫌疑人林 森浩是受害人黄洋的 室友，投毒药品为剧 毒化学品N-二甲基亚 硝胺。
复旦投毒案二审辩论的焦点。辩方两位律师在庭审中 多次提及关键证据质谱图，并称只有得到该Leabharlann Baidu，才能
知道黄洋中何毒、以及毒品的剂量，但检方却迟迟不 肯拿出。
质量范围（mass range）：它描述仪器所能测量的最轻和 最重离子之间的质量范围。
质谱仪检测原理示意图
分子电离、碎裂 （离子的生成）
进样系统
离子源
离子按质 核比分离
离子检测、 记录
质量分析器 离子检测系统
真空系统
离子源
电轰击电离（EI）： 一定能量的电子直接轰击样品分子使其电离，适 用于易挥发有机样品的电离，气质联用主要使用。
因此有学者认为：“基因组学和蛋白质组学告诉你什么可能会 发生，而代谢组学则告诉你什么确实发生了。”
代谢组学概念
代谢组学（Metabonomics/ Metabolomics ）是通过考察生物体 系（细胞、组织 或生物体）受刺激或扰动后（如将某个特定的 基因变异或环境变化后），其代谢产物的变化或其随时间的变 化，来研究生物体系的一门科学。
问题 ：检测、鉴定、数据分析有难度
二，生物质谱技术
概念
质谱分析是一种测量离子质荷比（质量-电荷比m/z）的分 析方法，其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电 离，生成不同荷质比的带电荷的离子，经加速电场的作用 ，形成离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，再利 用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而 得到质谱图，从而确定其质量。
生物质谱技术正成为蛋白质鉴定分析及内源性/外源性小 分子物质定性与定量的主要支撑技术，按照工作原理分类 为：四极杆质谱，飞行时间质谱，离子阱质谱，傅立叶变 换质谱。
质谱简介
质谱术语名词及关键参数
离子源（ion source）：质谱仪中使样本电离生成离子的部 件。
质量分析器（mass analyzer）：质谱仪器中使电子按其质/ 荷比大小进行分离的部件。