導讀

代謝組學(Metabonomics / Metabolomics)是繼基因組學和蛋白質組學之后新近發展起來的一門學科，是系統生物學的重要組成部分，已經應用到了諸如動物、植物、微生物的機理研究中，著重探索、發現與疾病、醫藥、功能相關的生物標志物(Biomarker)。生物標志物是指“一種可客觀檢測和評價的特性，可作為正常生物學過程、病理過程或治療干預藥理學反應的指示因子”，尋找和發現有價值的生物標志物已經成為當前生物、醫藥領域的研究熱點。然而，生物標志物的發現，是一場砂礫淘金、去偽存真的艱難征程，面臨諸多挑戰。

 挑戰1  生物標志物的發現，海量篩選，準入高，難度大 

相比于基因組學和蛋白組學，代謝組學難度急劇增加。原因有：

1. 目標物范圍更廣：基因/轉錄組只需測4種核苷酸排列，蛋白組測20種氨基酸排列，代謝組則包含各類小分子代謝物，要進行結構鑒定可比大海撈針；

2. 需要交叉專業知識：如將代謝組學應用在生物研究中，需要分析化學背景進行分離檢測，這些數據的正確解析和可視化需要有統計分析的基礎；后需要了解生物學知識以詮釋數據背后的生物學意義；

3. 軟硬件要求高：使用的分析體系大都屬于儀器及其配套軟件，比如色-質譜聯用系統里色譜可選GC-MS，LC-MS，CE-MS，質譜根據靶向、非靶向可選QQQ，Q-TOF，IT-TOF等；海量數據采集完畢還需要專業、多功能數據分析平臺解讀數據，后還要對潛在生物標志物進行結構鑒定，因此代謝組學每一步都是準入高，難度大！

 挑戰2  如何去偽存真，減少無意義差異物，找到真正的生物標志物 

代謝組學巨大的挑戰之一，是如何減少生物樣品本身，或采集、保存、前處理和分離檢測過程中產生“非預期”或“噪音”代謝物，從而去偽存真，找到真正的差異生物標志物：

1. 個體情緒差異、非目標病因的生理差異（近期飲食習慣、喝水量、排尿量、運動量、生病、過敏）、其他藥物的耦合作用/副作用，都會對個體代謝物產生非預期的影響；

2. 在采集樣本時，如血樣、組織、器官，采集者參差不齊的技術熟練度也會引入其他刺激和干擾因素；

3. 樣品的保存同樣會引入大量干擾物或造成樣品變化。比如保存前是否存在溶血，保存溫度，冷凍時間長短等，都會使樣品產生不可預期的變化；

4. 不同的樣品前處理手段，如液液萃取、固相萃取、蛋白沉淀等，其化學、物理選擇性不同；另外，操作人員的熟練度、溶液量、溶液污染、萃取柱批間差等樣本外的誤差，都可能會造成樣品組內和組間差異。

海量的待選小分子目標物，加上上述這些“不確定性”和“科學偏差”產生比生物標志物濃度更高、響應更強的無意義組別差異物，使得代謝組學在生物標志物發現的路上，困難重重，猶如大海撈針，沙里淘金。雖然后續的統計分析會把大多數的這類干擾物去除，卻不能保證終能得到正確的生物標志物，或使其處于顯著地位。

雖然代謝組學研究困難重重，但經過多年的研究探索，科研界都認同利用代謝組學的思路發現生物標志物是方向正確、前景廣闊的，相信隨著分析儀器，特別是質譜及其配套軟件和科學家研究水平的提高，越來越多有用的生物標志物會被挖掘出來造福于人類。

島津是專業質譜研發、生產廠家：從上世紀70年代開始研發扇形質譜，成功生產了*一臺商品化扇形磁場型質譜GCMS LKB9000；80年代開發了基質輔助激光解析電離飛行時間質譜（MALDI-TOF）和電感耦合等離子體質譜（ICP-MS），島津科學家田中耕一先生在2002年因為MALDI離子源的研發獲得了諾貝爾化學獎，因此島津擁有深厚的質譜研發基礎和實力。

目前島津質譜的產品線齊全，有機質譜包括單四極桿質譜（SQ）、三重四極桿質譜（TQ）、高分辨質譜離子阱飛行時間質譜（IT-TOF）和四極桿飛行時間質譜（Q-TOF）；無機質譜有ICP-MS；生命科學領域有MALDI-TOF、質譜顯微鏡等。這些質譜儀器與分離技術聯用，滿足科學研究的各種需求。基于島津質譜，國內高校研究所發表了多篇代謝組學用于腦卒中、癌癥和動物生理相關的生物標志物發現的文章，在此系列微信中挑選出典型案例，幫助讀者進一步了解疾病和生理現象。