Jeremy K. Nicholson教授是代謝組學領域的先驅和國際頂尖科學家，他于1999年提出了代謝組學（metabonomics）的定義，揭開了中心法則研究的新篇章。經過幾十年的發展，代謝組學的研究方法也發生了很多變化，在此繪譜君以Nicholson的最新研究為例，詳細梳理代謝組學的技術發展歷程，助您選擇更成熟的代謝組學方法。
01
代謝組學技術發展的三個階段
代謝組學技術發展大致可以分為三個階段，第一階段1999-2009年孕育核磁和氣質平臺，打開了代謝物檢測的大門；第二階段2009-2019年與中心法則上游的基因組學和蛋白質組學技術發展類似，大規模非靶向代謝組學加速代謝物的篩選與發現；然而故事到此卻發生了重要轉折，與上游組學技術不同，代謝物不像基因和蛋白質由相對固定的單元重復疊加組成生物大分子，代謝物小分子種類非常豐富，人工可合成標準品，非靶向代謝組學帶來了假陽性不僅耗費巨大的時間和經費，還使得以代謝物為靶點的臨床應用面臨巨大困境，代謝物研究方法轉變刻不容緩！至此，代謝組學技術發展進入第三階段2019-至今靶向代謝組學成為主流。代謝物需要從盲篩思路轉向到通過少量可準確捕捉的代謝物信息來篩選有價值且可驗證的功能代謝物及pathway的研究路徑！
02
關鍵代謝組學思路轉變：非靶向→靶向定量
作為最早創立代謝組學研究的學者之一，賈偉教授團隊從2003年開始建立非靶向代謝組學方法，并完成了結直腸癌、白血病、肝癌等累積數萬例大樣本代謝組學分析；發現能夠穩定出峰的代謝物總是在200-300個之間，大部分位于代謝通路的關鍵位置，承擔主要的代謝生物學功能[1, 2]。考慮到代謝物的后期驗證率及臨床應用的成功率，賈偉教授團隊綜合其在國內外二十余年科研經歷及同仁經驗，厚積薄發的進行了關鍵代謝組學思路轉變：非靶向→靶向定量，Q300靶向代謝表型試劑盒[3]應運而生<Aanalytical Chemistry方法學文章，專利No.ZL201811223486.X，臨床注冊證：粵深械備20210363>。
03
Nicholson以科研實例印證
Q300試劑盒靶向定量結果的超強穩定性
Nicholson團隊選擇背景復雜的疾病和非匹配性收集的樣本，應用于從兩個不同地理位置收集的由不同生物體液組成的獨立樣本集，使用兩種液相色譜−質譜方法（LC-MS）對代謝表型進行靶向交叉驗證。該成果于2024年3月14日在線發表于Journal of Proteome Research，該工作使用Q300代謝表型試劑盒和膽汁酸靶向方法建立了靶向代謝表型工作平臺，論文中Nicholson先生強調了代謝組學研究共識：靶向代謝表型平臺穩定性的重要性[6]。
●研究思路圖
不同地域、不同樣本類型的隊列樣本：
SARS-CoV-2大爆發對疾病機理的科學研究需求迫在眉睫，就會導致使用不匹配的方案收集樣本集，因此其也被確定為評價靶向代謝表型工作流程的理想模型。
(1) 澳大利亞:血漿、SARS-CoV-2陽性(n=20)、未感染的健康對照(n=22)和COVID-19病樣但SARS-CoV-2感染陰性(n=22)。
(2)西班牙:血清、SARS-CoV-2陽性(33例)和未感染的健康對照(39例)。
靶向代謝表型工作平臺穩定性：
第一項檢測由賈偉教授團隊開發的Q300全定量代謝芯片試劑盒，穩定性經10萬例以上隊列樣本驗證，科研成果登頂Science等超150+篇，臨床轉化成果獲FDA認證并擁有40余項發明專利；
第二項檢測針對宿主膽汁酸代謝，方法根據歐洲生物分析論壇改編自美國食品和藥物管理局，適合目的是生物分析工作流程開發和方法驗證。
23種代謝物在兩種生物體液中變化一致，驗證了作者提出的代謝表型轉化的概念。我們的研究結果強化了一種共識，使用穩定的靶向代謝表型平臺可以為代謝表型的生物學驗證提供價值。
04
Q300試劑盒推進人類表型組計劃
跨批次、實驗室、質譜平臺集成驗證超強穩定性
Q300試劑盒聯合復旦大學/上海國際人類表型組研究院參與制定行業標準，評估跨批次、實驗室、平臺和組學類型集成的多組學研究準確性[4, 5]。
代謝物檢測關鍵點：標準品，精密的質譜儀器，經驗豐富的分析化學方法開發人員，兼容不同化學性質代謝物的普適性方法，穩定性的靶向質譜平臺，后三者是需要在行業內潛心沉淀多年最有經驗的科學家才能做到的。
05
Q300代謝表型研究行業標桿
●麥特繪譜客戶成果–多組學聯合隊列研究高分文章利器
麥特繪譜已協助客戶發表350余篇SCI文章，累計影響因子4000+，其中IF>10的有80余篇，包括Nature、Science、Nature Biotechnology、Cell Metabolism、Cell Host & Microbe等國際頂刊。其中Q300是多組學聯合發表文章的利器，相關代表性案例：
●賈偉教授團隊–轟動學術圈的重磅科研成果
賈偉教授團隊深耕小分子代謝物分析和功能研究領域逾二十載，憑借一個又一個突破性的科研成果，引領著代謝組學科研與轉化的創新與進步。尤其是以Q300和膽汁酸為代表的重磅科研成果[7-14]，例如轟動學術圈的<肝病腸治>，<好吃懶做的豬為何不得糖尿病>，<高香草酸緩解抑郁癥>等等。
參考文獻
[1]Metabonomic study of aristolochic acid-induced nephrotoxicity in rats. Journal of proteome research, 2006.
[2]Metabolic profiling using combined GC–MS and LC–MS provides a systems understanding of aristolochic acid-induced nephrotoxicity in rat. Febs letters, 2007.
[3]A Metabolite Array Technology for Precision Medicine. Analytical Chemistry, 2021.
[4]Quartet metabolite reference materials for inter-aboratory profciency test and dataintegration of metabolomics profling. Genome Biology, 2024.
[5]Multi-omics data integration using ratio-based quantitative profiling with Quartet reference materials. Nature Biotechnology , 2023.
[6]Cross-Validation of Metabolic Phenotypes in SARS-CoV?2 Infected Subpopulations Using Targeted Liquid Chromatography−Mass Spectrometry (LC-MS). Journal of proteome research, 2024.
[7]Gut microbiota: a potential new territory for drug targeting. Nat Rev Drug Discov, 2008.
[8]Bile acid–microbiota crosstalk in gastrointestinal inflammation and carcinogenesis. Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 2018.
[9]Expert insights: The potential role of the gut microbiome-bile acid-brain axis in the development and progression of Alzheimer’s disease and hepatic encephalopathy. Med Res Rev, 2020.
[10]Targeting the alternative bile acid synthetic pathway for metabolic diseases. Protein Cell, 2021.
[11]Bile acid signaling in the regulation of whole body metabolic and immunological homeostasis. Sci China Life Sci, 2023.
[12]Hyocholic acid species improve glucose homeostasis through a distinct TGR5 and FXR signaling mechanism. Cell Metab, 2021.
[13]Theabrownin from Pu-erh tea attenuates hypercholesterolemia via modulation of gut microbiota and bile acid metabolism. Nat Commun, 2019.
[14]Gut bacteria-driven homovanillic acid alleviates depression by modulating synaptic integrity. Cell Metab, 2024.
END