摘 要： 質譜分析技術是代謝組學研究的重要技術之一。該文通過近 5 年來的文獻分析，對基于質譜分析的代謝組學研究方法的新進展，包括樣品前處理方法、分析檢測方法、數據處理方法等，以及近年來代謝組學在疾病診斷、藥物研發、營養學、毒理學、運動醫學等領域的應用進展，進行了較全面的綜述，并對未來的發展趨勢進行了展望。
關鍵詞： 質譜分析； 代謝組學； 研究進展； 綜述。
Abstract: Mass spectrometry（ MS） is one of the most important analytical technologies for metabolo-mics. In recent years,metabolomics based on MS has been widely used in disease diagnosis,drugeffect research,nutrition,toxicology,sports medicine,etc. This paper reviews the sample pre-treatment,analytical tools,data processing method and main application fields in the past five years.The development tendency of metabolomics in future is also proposed.
Key words: mass spectrometry（ MS） ; metabolomics; advance; review.
代謝組學（ Metabolomics,Metabonomics） 是指生物體系因生物刺激、病理生理擾動或遺傳信息改變等引起的總體、動態的代謝變化[1].代謝組學作為系統生物學最下游的 “組學”,是整體性研究生命體系功能變化的重要學科分支。代謝組學的研究對象為復雜的生物體系，種類非常多，常見的生物樣本包括生物體液（ 尿液、血清、血漿、唾液、膽汁、腦脊液、羊水、眼淚、胰液、腸液等） 、動物或人體組織（ 腫瘤、肝臟、腦、脂肪組織等） 和細胞[2].代謝組學常用的研究手段包括質譜和核磁兩大類，本文重點綜述了 2010 年以來基于質譜（ MS） 分析的代謝組學在醫學領域的研究進展，主要包括疾病診斷、藥物研發、營養學、毒理學、運動醫學等方面。
1 代謝組學分析方法的新進展。
代謝組學又分為靶向性代謝組學（ Targeted metabolomics） 和非靶向性代謝組學（ Untargeted metabolomic） .靶向性代謝分析主要是定量特定的代謝物，典型的是關注一種或幾種相關的代謝通路。常用于研究藥物代謝的藥代動力學，衡量某種療法或基因修飾的效果。靶向性代謝分析的流程是代謝物標準品的液相色譜 -質譜聯用分析（ LC -MS） ,選擇性離子監測，分析方法優化和標準曲線制作，樣品前處理，樣品提取物 LC -MS分析，通過對比樣品和標準品進行數據分析，定量特定的代謝物[3 -6].非靶向性代謝組學范圍寬泛，目標是從生物樣本中同時分析盡可能多的代謝物。而非靶向性代謝組學的步驟是樣品前處理，代謝物提取，LC -MS 全掃描檢測，數據預處理，統計分析及差異代謝物結構鑒定[3 -4,7 -9].
1. 1 樣品前處理。
樣品前處理直接關系到信息獲取的準確性，非靶向性代謝組學的樣品前處理要求盡量不破壞代謝組分，以獲得盡可能全的代謝信息。靶向性代謝組學則更關注提取的效率，用回收率、精密度、準確性等表征。本實驗室用甲醇 - 乙腈（ 1 ∶ 1） 去除血漿中的蛋白，建立了大鼠血漿的高效液相色譜 - 時間飛行質譜聯用（ HPLC - TOF - MS） 的分析方法，同時定量了大鼠服用知母后的 21 種藥物代謝物，用精確質量測定了代謝物的基本組成并確認其結構，其中包括同分異構體的代謝物[10].成玉等[11]優化了去除血清蛋白的方法，發現甲醇 - 乙腈混合除蛋白檢測的離子峰多于純甲醇和純乙腈，這與本實驗室的研究結果相一致，另外一方面通過對比方法的重現性，發現甲醇 - 乙腈（ 1 ∶ 9） 去除血清中的蛋白優于甲醇 - 乙腈（ 1 ∶ 1） .Want 等[12]和 Sarafian 等[13]處理膽汁酸的樣本時，均采用甲醇除蛋白法。非靶向分析實體組織代謝物研究方面，多篇文獻均采用甲醇 - 水（ 1 ∶ 1） 提取水溶性代謝物，二氯甲烷 - 甲醇（ 3 ∶ 1） 提取有機類代謝物[14 -18].在液質聯用（ LC - MS） 分析糞便代謝物方面，Su 等[19]處理糞便樣本時，先用水提取，再用相同體積的乙腈提取，合并上清液、吹干，用同位素丹磺酰氯衍生化，數據結合 HMDB 數據庫，鑒定出 3 位女性 7 d 糞便中的 39 種代謝物； Tian 等[20]則采用甲醇渦旋提取處理糞便樣本，用液質聯用分析出對照組和給藥組的 16 個代謝標志物。氣相色譜 - 質譜聯用（ GC - MS） 能直接從標準譜庫中比對化合物信息，易于定性，但其不適用于難揮發和高極性代謝物分析，前處理需衍生化，相對處理復雜，常用的衍生化方法有硅烷化、?；?、烷基化[21 -22].Sulek 等[23]用氣質聯用分析頭發代謝物時，分別用氫氧化鈉水解、酸中和、冷凍干燥、甲醇水混合物再提、蒸干、C2H3ClO2衍生、棄去水層的步驟處理頭發樣本。Tsutsui 等[24]用液質聯用分析頭發代謝物時，用甲醇鹽酸混合物超聲提取頭發樣本，前處理方面較氣質聯用簡單。本實驗室建立了從細胞中提取線粒體及其樣本制備的方法，并將代謝組學的應用推廣到亞細胞層面[25].各類樣本的靶向分析和非靶向分析的前處理方法詳見表 1.
關鍵詞： 質譜分析； 代謝組學； 研究進展； 綜述。
Abstract: Mass spectrometry（ MS） is one of the most important analytical technologies for metabolo-mics. In recent years,metabolomics based on MS has been widely used in disease diagnosis,drugeffect research,nutrition,toxicology,sports medicine,etc. This paper reviews the sample pre-treatment,analytical tools,data processing method and main application fields in the past five years.The development tendency of metabolomics in future is also proposed.
Key words: mass spectrometry（ MS） ; metabolomics; advance; review.
代謝組學（ Metabolomics,Metabonomics） 是指生物體系因生物刺激、病理生理擾動或遺傳信息改變等引起的總體、動態的代謝變化[1].代謝組學作為系統生物學最下游的 “組學”,是整體性研究生命體系功能變化的重要學科分支。代謝組學的研究對象為復雜的生物體系，種類非常多，常見的生物樣本包括生物體液（ 尿液、血清、血漿、唾液、膽汁、腦脊液、羊水、眼淚、胰液、腸液等） 、動物或人體組織（ 腫瘤、肝臟、腦、脂肪組織等） 和細胞[2].代謝組學常用的研究手段包括質譜和核磁兩大類，本文重點綜述了 2010 年以來基于質譜（ MS） 分析的代謝組學在醫學領域的研究進展，主要包括疾病診斷、藥物研發、營養學、毒理學、運動醫學等方面。
1 代謝組學分析方法的新進展。
代謝組學又分為靶向性代謝組學（ Targeted metabolomics） 和非靶向性代謝組學（ Untargeted metabolomic） .靶向性代謝分析主要是定量特定的代謝物，典型的是關注一種或幾種相關的代謝通路。常用于研究藥物代謝的藥代動力學，衡量某種療法或基因修飾的效果。靶向性代謝分析的流程是代謝物標準品的液相色譜 -質譜聯用分析（ LC -MS） ,選擇性離子監測，分析方法優化和標準曲線制作，樣品前處理，樣品提取物 LC -MS分析，通過對比樣品和標準品進行數據分析，定量特定的代謝物[3 -6].非靶向性代謝組學范圍寬泛，目標是從生物樣本中同時分析盡可能多的代謝物。而非靶向性代謝組學的步驟是樣品前處理，代謝物提取，LC -MS 全掃描檢測，數據預處理，統計分析及差異代謝物結構鑒定[3 -4,7 -9].
1. 1 樣品前處理。
樣品前處理直接關系到信息獲取的準確性，非靶向性代謝組學的樣品前處理要求盡量不破壞代謝組分，以獲得盡可能全的代謝信息。靶向性代謝組學則更關注提取的效率，用回收率、精密度、準確性等表征。本實驗室用甲醇 - 乙腈（ 1 ∶ 1） 去除血漿中的蛋白，建立了大鼠血漿的高效液相色譜 - 時間飛行質譜聯用（ HPLC - TOF - MS） 的分析方法，同時定量了大鼠服用知母后的 21 種藥物代謝物，用精確質量測定了代謝物的基本組成并確認其結構，其中包括同分異構體的代謝物[10].成玉等[11]優化了去除血清蛋白的方法，發現甲醇 - 乙腈混合除蛋白檢測的離子峰多于純甲醇和純乙腈，這與本實驗室的研究結果相一致，另外一方面通過對比方法的重現性，發現甲醇 - 乙腈（ 1 ∶ 9） 去除血清中的蛋白優于甲醇 - 乙腈（ 1 ∶ 1） .Want 等[12]和 Sarafian 等[13]處理膽汁酸的樣本時，均采用甲醇除蛋白法。非靶向分析實體組織代謝物研究方面，多篇文獻均采用甲醇 - 水（ 1 ∶ 1） 提取水溶性代謝物，二氯甲烷 - 甲醇（ 3 ∶ 1） 提取有機類代謝物[14 -18].在液質聯用（ LC - MS） 分析糞便代謝物方面，Su 等[19]處理糞便樣本時，先用水提取，再用相同體積的乙腈提取，合并上清液、吹干，用同位素丹磺酰氯衍生化，數據結合 HMDB 數據庫，鑒定出 3 位女性 7 d 糞便中的 39 種代謝物； Tian 等[20]則采用甲醇渦旋提取處理糞便樣本，用液質聯用分析出對照組和給藥組的 16 個代謝標志物。氣相色譜 - 質譜聯用（ GC - MS） 能直接從標準譜庫中比對化合物信息，易于定性，但其不適用于難揮發和高極性代謝物分析，前處理需衍生化，相對處理復雜，常用的衍生化方法有硅烷化、?；?、烷基化[21 -22].Sulek 等[23]用氣質聯用分析頭發代謝物時，分別用氫氧化鈉水解、酸中和、冷凍干燥、甲醇水混合物再提、蒸干、C2H3ClO2衍生、棄去水層的步驟處理頭發樣本。Tsutsui 等[24]用液質聯用分析頭發代謝物時，用甲醇鹽酸混合物超聲提取頭發樣本，前處理方面較氣質聯用簡單。本實驗室建立了從細胞中提取線粒體及其樣本制備的方法，并將代謝組學的應用推廣到亞細胞層面[25].各類樣本的靶向分析和非靶向分析的前處理方法詳見表 1.
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