代谢组学，妙手何来？｜迈理奥，开拓代谢组学新科技的先锋
时间：2024-09-10 阅读：115
今天要讲到的代谢组学妙手来自何方？
来自我们优秀的用户——迈理奥（Meliomics）。
迈理奥的快速崛起，源自于他们对代谢组学领域的深刻理解和持续创新，而安捷伦出色的仪器和解决方案也为其提供了重要支持。
日前，我们有幸采访到了迈理奥首席科学家厉良教授（加拿大皇家科学院院士）和学术总监李佳博士，深入了解了代谢组学领域及其检测环节所面临的挑战与机遇。
厉良教授是享誉国际的质谱和代谢组学专家，加拿大皇家科学院院士、加拿大国家代谢组学研究创新中心联合主任、加拿大阿尔伯塔大学终身教授、人类代谢组计划联合发起人、人类代谢组学数据库 HMDB 联合创始人，积累了丰富的学术成果，获得诸多行业赞誉。
图 1. 厉良教授正在接受采访
什么是代谢组学？
随着人们生活水平的提高，健康已成为重要关注点。常规体检通过检测肌酐、尿酸、胆红素等代谢物来评估健康状态。然而，对于某些复杂的疾病，常规检测方法可能无法提供足够的信息，需要更先进的技术来辅助。以新生儿筛查为例，代谢组学技术能在几分钟内快速识别 40 多种遗传代谢病的生物标志物。
那么，什么是代谢组学呢？代谢组学是通过质谱等高通量技术手段，研究和发现特定生理时期内生物体的所有低分子量的物质，并进行定性和定量分析，探索代谢物变化与生物过程之间的有机联系。简单来说，代谢组学就是研究生物体内所有小分子代谢物的科学。
癌细胞为了满足自身快速增殖的能量需求，通常会加速和增加生物能量代谢途径，包括通过糖酵解提高葡萄糖摄取以及引起三羧酸循环的变化。想象一下，借助代谢组学技术，我们有望在癌症早期进行发现和干预，避免病情发展到晚期扩散才进行治疗。这种早期诊断和干预策略，能够显著提升治疗效果，改善患者的生存质量。
图 2. 葡萄糖、乳酸和三羧酸循环对抗肿瘤免疫的影响
质谱检测在代谢组学领域面临哪些挑战？
如何应对？
代谢组学领域的研究在检测环节面临很多挑战，厉良教授介绍到，代谢物常用质谱进行检测，但检测方法还有几个层面亟待提升。迈理奥正在通过颠覆性的创新技术克服常规代谢组学方法的瓶颈，从而提升检测的准确性和效率。
01 代谢物的检测覆盖率：
很多代谢物电离效率不高或难以在色谱柱上保留，导致质谱不容易捕捉到这些物质。
针对这一问题，迈理奥巧妙运用了化学衍生化的方法，使代谢物拥有疏水基团和叔胺结构，显著提高其色谱柱的保留性能和离子化效果，结合安捷伦高分辨质谱仪器，提升代谢物检测灵敏度 10-1000 倍，可检测8000-13000 个色谱峰对，极大地提升了代谢物的检测效率。使得更多的代谢物能够被准确、全面地检测到。
02 代谢物的定量分析：
代谢物的准确定量应使用其对应的同位素内标矫正，但并不是所有代谢物均有同位素内标，或即使有，价格往往非常昂贵。
针对这一难题，迈理奥采用同位素双标记的方法，为每种代谢物生成一一对应的同位素内标，进行精确的定量分析。代谢组学研究中很多时候不需要绝对定量检测，仅需要通过相对定量检测确定代谢物的变化趋势，即可为进一步研究和转化提供重要参考。
03 代谢物的鉴定：
质谱灵敏度较高，因此会检测到很多离子信号，但是如何鉴定其为具体的某种代谢物，这方面能力仍然需要提升。
为了得到更准确的代谢物鉴定结果，迈理奥建立了专业的三层级代谢物鉴定数据库，实现了1400+个代谢物的精准鉴定和7000+个代谢物的可靠推定。为了进一步提高代谢物的鉴定能力，迈理奥正在构建基于 AI 的规模更大、更专业化的数据库，此举旨在提高鉴定精度，确保检测结果的准确性，从而为科学研究和临床应用提供更加可靠的支持。
图 3. 迈理奥技术人员进行代谢组学实验
在代谢组学研究领域，
质谱仪需要满足哪些要求？
在代谢组学研究领域中，质谱仪发挥着非常重要的作用，因此厉良教授认为，质谱仪需要尽量满足以下要求：
1
灵敏度，确保能够检测出样本中浓度很低的化合物，使多种代谢物的峰强度和面积都能得到很好的体现；
2
分辨率，确保能够区分并准确识别具有接近质量数的多种代谢物；
3
稳定性，确保从样品前处理、液相分离、到质谱检测等各个环节都保证较高的稳定性，从而确保大队列和长时间的检测项目都能保证检测输出的一致性；
4
数据处理能力，确保有软件能便捷地把各种峰型的结果进行分析汇总。
图 4. 安捷伦仪器
安捷伦的高端质谱仪器，在灵敏度、分辨率、稳定性和数据处理方面都可以满足需求，而且在性价比方面也占有一定优势，方便将来向更多的实验室推广整套技术和解决方案。
图 5. 安捷伦软件界面
代谢组学的临床转化和应用前景？
在基因组-转录组-蛋白质组-代谢组的系统生物学框架内，代谢组学处于最下游，最接近生物表型，比其他组学更具时间敏感性，因此可以更容易直接与表型建立关系。通俗点讲，就是我们的基因可能不会经常变化，但是代谢物却在一直变化，观察整个代谢组的变化，可以评估人体的健康或疾病状态，例如最常见的就是糖检测和诊断糖尿病之间的联系。
图 6. 系统生物学与人体表型之间的联系
目前，代谢组学在临床领域的应用主要有三个方面：
1
疾病生物标志物的发现：代谢组学可以帮助识别与特定疾病相关的生物标志物，这些标志物可用于疾病的早期诊断、疾病的分型或预后评估。这对于提高疾病的检测精度和患者管理具有重要意义。
2
药物代谢与反应监测：在药物开发的临床试验阶段（包括一期、二期和三期），代谢组学通过分析代谢组的变化，帮助明确药物的作用机制。此外，它还可以用于评估不同人群对治疗的响应水平，支持精准医疗的实施。
3
疾病预防和健康管理：通过观察多种代谢物（如指纹图谱）的变化，代谢组学可以评估个体的整体健康状况，并预测潜在的疾病风险。这为早期干预提供了依据，有助于预防疾病的发生。
迈理奥是谁？
作为开拓代谢组学新科技的先锋，迈理奥在首席科学家厉良教授的全程指导下，组建了以归国博士赵爽为核心的专业团队，创建了 DeepMarker MT 代谢组学平台和 DeepMarker LT 脂质组学平台，专注于全方位、个性化、一站式的科研服务和创新医疗诊断技术的开发，推动生物标志物探索、健康检测等生命科学领域的创新与变革。
颠覆性的技术创新突破了常规方法的瓶颈，已应用于数百项研究，涉及疾病诊断、健康监测、药物研发、中医药研究、食品农业、环境监测等领域，助力高水平的科学研究以及高效的临床转化，成果显著，如阿尔茨海默症（加拿大脑计划）生物标志物的探索、乌帕替尼（艾伯维）的新适应症疗效评估、食品发酵过程监测等，体现了更高灵敏度、高覆盖率、高精准定量、高稳定性的全方位、多层面的领先优势。
结语
代谢组学作为后基因组时代发展最快、热门、极具潜力的组学新兴学科，广泛应用于生命科学各领域，为发现生物标志物、探寻疾病机制等提供了强大的技术平台。感谢迈理奥一直走在突破代谢组学技术瓶颈、助力千亿级疾病早筛市场的道路上。安捷伦也将继续与迈理奥及各位行业合作伙伴通力协作，通过提供尖端、稳定、高性能的产品平台，以及专业的服务和支持，助力更多本土企业实现创新和发展。