Jeremy K. Nicholson教授是代谢组学领域的先驱和国际顶尖科学家，他于1999年提出了代谢组学（metabonomics）的定义，揭开了中心法则研究的新篇章。经过几十年的发展，代谢组学的研究方法也发生了很多变化，在此绘谱君以Nicholson的最新研究为例，详细梳理代谢组学的技术发展历程，助您选择更成熟的代谢组学方法。
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代谢组学技术发展的三个阶段
代谢组学技术发展大致可以分为三个阶段，第一阶段1999-2009年孕育核磁和气质平台，打开了代谢物检测的大门；第二阶段2009-2019年与中心法则上游的基因组学和蛋白质组学技术发展类似，大规模非靶向代谢组学加速代谢物的筛选与发现；然而故事到此却发生了重要转折，与上游组学技术不同，代谢物不像基因和蛋白质由相对固定的单元重复叠加组成生物大分子，代谢物小分子种类非常丰富，人工可合成标准品，非靶向代谢组学带来了假阳性不仅耗费巨大的时间和经费，还使得以代谢物为靶点的临床应用面临巨大困境，代谢物研究方法转变刻不容缓！至此，代谢组学技术发展进入第三阶段2019-至今靶向代谢组学成为主流。代谢物需要从盲筛思路转向到通过少量可准确捕捉的代谢物信息来筛选有价值且可验证的功能代谢物及pathway的研究路径！
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关键代谢组学思路转变：非靶向→靶向定量
作为最早创立代谢组学研究的学者之一，贾伟教授团队从2003年开始建立非靶向代谢组学方法，并完成了结直肠癌、白血病、肝癌等累积数万例大样本代谢组学分析；发现能够稳定出峰的代谢物总是在200-300个之间，大部分位于代谢通路的关键位置，承担主要的代谢生物学功能[1, 2]。考虑到代谢物的后期验证率及临床应用的成功率，贾伟教授团队综合其在国内外二十余年科研经历及同仁经验，厚积薄发的进行了关键代谢组学思路转变：非靶向→靶向定量，Q300靶向代谢表型试剂盒[3]应运而生<Aanalytical Chemistry方法学文章，专利No.ZL201811223486.X，临床注册证：粤深械备20210363>。
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Nicholson以科研实例印证
Q300试剂盒靶向定量结果的超强稳定性
Nicholson团队选择背景复杂的疾病和非匹配性收集的样本，应用于从两个不同地理位置收集的由不同生物体液组成的独立样本集，使用两种液相色谱−质谱方法（LC-MS）对代谢表型进行靶向交叉验证。该成果于2024年3月14日在线发表于Journal of Proteome Research，该工作使用Q300代谢表型试剂盒和胆汁酸靶向方法建立了靶向代谢表型工作平台，论文中Nicholson先生强调了代谢组学研究共识：靶向代谢表型平台稳定性的重要性[6]。
●研究思路图
不同地域、不同样本类型的队列样本：
SARS-CoV-2大爆发对疾病机理的科学研究需求迫在眉睫，就会导致使用不匹配的方案收集样本集，因此其也被确定为评价靶向代谢表型工作流程的理想模型。
(1) 澳大利亚:血浆、SARS-CoV-2阳性(n=20)、未感染的健康对照(n=22)和COVID-19病样但SARS-CoV-2感染阴性(n=22)。
(2)西班牙:血清、SARS-CoV-2阳性(33例)和未感染的健康对照(39例)。
靶向代谢表型工作平台稳定性：
第一项检测由贾伟教授团队开发的Q300全定量代谢芯片试剂盒，稳定性经10万例以上队列样本验证，科研成果登顶Science等超150+篇，临床转化成果获FDA认证并拥有40余项发明专利；
第二项检测针对宿主胆汁酸代谢，方法根据欧洲生物分析论坛改编自美国食品和药物管理局，适合目的是生物分析工作流程开发和方法验证。
23种代谢物在两种生物体液中变化一致，验证了作者提出的代谢表型转化的概念。我们的研究结果强化了一种共识，使用稳定的靶向代谢表型平台可以为代谢表型的生物学验证提供价值。
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Q300试剂盒推进人类表型组计划
跨批次、实验室、质谱平台集成验证超强稳定性
Q300试剂盒联合复旦大学/上海国际人类表型组研究院参与制定行业标准，评估跨批次、实验室、平台和组学类型集成的多组学研究准确性[4, 5]。
代谢物检测关键点：标准品，精密的质谱仪器，经验丰富的分析化学方法开发人员，兼容不同化学性质代谢物的普适性方法，稳定性的靶向质谱平台，后三者是需要在行业内潜心沉淀多年最有经验的科学家才能做到的。
05
Q300代谢表型研究行业标杆
●麦特绘谱客户成果–多组学联合队列研究高分文章利器
麦特绘谱已协助客户发表350余篇SCI文章，累计影响因子4000+，其中IF>10的有80余篇，包括Nature、Science、Nature Biotechnology、Cell Metabolism、Cell Host & Microbe等国际顶刊。其中Q300是多组学联合发表文章的利器，相关代表性案例：
●贾伟教授团队–轰动学术圈的重磅科研成果
贾伟教授团队深耕小分子代谢物分析和功能研究领域逾二十载，凭借一个又一个突破性的科研成果，引领着代谢组学科研与转化的创新与进步。尤其是以Q300和胆汁酸为代表的重磅科研成果[7-14]，例如轰动学术圈的<肝病肠治>，<好吃懒做的猪为何不得糖尿病>，<高香草酸缓解抑郁症>等等。
参考文献
[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