・５４・ 继续医学教育２０１４年１月 Ｍｅｄｉｃａｌ Ｅｄｕｃｍｉｏｎ，Ｊａｎ ２０１４，Ｖｏ１．２８，Ｎｏ．１
质谱技术在蛋白质组学和代谢组学中的研究应用
张文亮
（天津市安定医院，天津３００２２２）
【摘要】对质谱分析技术、仪器组成、进样方式、离子化方式等进行综述，主要叙述质谱技术在蛋白质
组学和代谢组学研究方面的应用，结合其研究领域的最新进展，阐明观点，认为质谱技术发展的过程中，
虽然发现了很多标志物，但从实验室向临床诊断转化还有很多工作，需要在不同人群、大规模、多中心
的临床试验中来证实其诊断敏感度和特异度，并与常规诊断方法比较。
【关键词】质谱分析；蛋白质组学；代谢组学；应用
【中图分类号】Ｒ４４６【文献标识码】Ｂ【文章编号】１００４—６７６３（２０１ ４）０１—００５４—０２
Ｄ０Ｉ：１０．３９６９，Ｊ．ＩＳＳＮ．１００４－６７６３．２０１４．０ｌ＿０２６
１质谱分析技术
质谱（ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，ＭＳ）是带电原子、分子或分子碎
片按质荷比（ｒｎ／ｚ）的大小顺序排列的图谱。质谱仪是一类能
使物质粒子转化成离子并通过适当的电场、磁场将它们按空
间位置、时间先后或者轨道稳定与否实现质荷比分离，并检
测强度后进行物质分析的仪器。质谱技术是研究、分析和
鉴定生物大分子的前沿方法，有力地推动了蛋白质组学的
研究…。可以获得样品的相对分子质量、分子式、分子中
同位素构成和分子结构等多方面的信息 。
质谱仪主要有５个部分组成：进样系统、离子源、质量
分析器、检测器和数据处理系统。进样方式的选择取决于样
品的性质、纯度及所采用的离子化方式。进样方式主要有：
直接进样、气相色谱／质谱联用ｆＧＣ／ＭＳ）、液相色谱／质谱联
用ｆＬＣ／ＭＳ）、超临界流体色谱／质谱联用（ＳＦＣ／ＭＳ）、毛细管
电泳，质谱联用（ＣＥ／ＭＳ）等。根据待测化合物的性质及拟获
取的信息类型，可以选择不同的离子化方式，使待测化合物
代谢组学的数据分析技术
摘要：代谢组学是效仿基因组学和蛋白质组学的研究思想，对生物体内所有代谢物进行定量分析，并寻找代谢物与生理病理变化的相对关系的研究方式，是系统生物学的组成部分。其研究对象大都是相对分子质量1000以内的小分子物质。先进分析检测技术结合模式识别和专家系统等计算分析方法是代谢组学研究的基本方法。文章主要综述了将代谢组学中的图谱、数据信息转换为相应的参数所采用的分析方法。
关键词：代谢组学；数据分析方法
代谢组学是以代谢物分析的整体方法来研究功能蛋白如何产生能量和处理体内物质，评价细胞和体液内源性和外源性代谢物浓度及功能关系的新兴学科，是系统生物学的重要组成部分，其相应的研究能反映基因组、转录组和蛋白组受内外环境影响后相互协调作用的最终结果，更接近反映细胞或生物的表型，因此被越来越广泛地应用。而代谢组学的数据分析包括预处理和统计分析方法，多元统计分析方法主要分为两大类：非监督和监督方法，非监督方法包括主成分分析PCA；聚类分析CA等；监督方法包括显著性分析、偏最小二乘法等，本文就是主要综述代谢组学图谱信息转化为参数信息所采用的数据分析方法。
1预处理
数据的预处理过程包括以下：谱图的处理；生成原始的数据矩阵；数据的归一化以及标准化处理过程。针对实验性质、条件以及样品等因素采用不同的预处理方法。在实际应用过程中，预处理可以通过实验系统自带的软件如XCMS软件。进行，因此一般较容易获得所需的数据形式。
2数据分析方法
2.1 主成分分析 PCA是多元统计中最常用的一种方法，它是在最大程度上提取原始信息的同时对数据进行降维处理的过程，其目的是将分散的信息集中到几个综合指标即主成分上，有助于简化分析和多维数据的可视化，进而通过主成分来描述机体代谢变化的情况。PCA的具体过程是通过一种空间转换，形成新的样本集，按照贡献率的大小进行排序，贡献率最大的称为第一主成分，依次类推。经验指出，当累计贡献率大于85％时所提取的主成分就能代表原始数据的绝大多数信息，可停止提取主成分。在代谢组数据处理中，PCA是最早且广泛使用的多变量模式识别方法之一。，具有不损失样品基本信息、对原始数据进行降维处理的同时避免原始数据的共线性问题等优点，但在实际应用过程中，PCA存在着自身的缺点[1]：离群样本点的存在严重影响其生物标志物的寻找；非保守性的代谢组分扰乱正确的分类以及尺度的差异影响小浓度组分的表现等，其他的问题之前也有讨论[2]。针对PCA的缺陷采用了不同的改进措施，与此同时，为了简化计算，侯咏佳等[3]。提出了一种主成分分析算法的FPGA实现方案，通过Givens算法和CORD IC算法的矢量旋转，用简单的移位和加法操作来实现协方差矩阵的特征分析，只需计算上三角元素，因此计算复杂度小、迭代收敛速度快。
- 1 - 代谢组学技术
代谢组学是一种新兴的研究领域，它将分子生物学、生物化学和生物信息学等多学科知识相结合，利用高通量技术对生物体内代谢产物的组成和变化进行研究。代谢组学技术的应用范围非常广泛，包括药物研发、临床诊断、食品安全、环境监测等领域。本文将从代谢组学技术的原理、方法、应用等方面进行介绍。
一、代谢组学技术的原理
代谢组学技术的原理是通过对生物体内代谢产物的组成和变化进行分析，从而揭示生物体内代谢通路的变化和代谢物之间的相互作用。代谢产物可以是小分子化合物、蛋白质、核酸等，其中以小分子化合物的研究应用最广泛。代谢产物的组成和变化与生物体的生理状态密切相关，因此代谢组学技术可以用来研究生物体在不同生理状态下的代谢变化，例如疾病状态、药物作用、环境污染等。
代谢组学技术的研究对象主要包括代谢物组成分析、代谢物变化分析、代谢通路分析和代谢物作用机制分析等。代谢物组成分析是指对生物体内代谢产物的种类和数量进行分析，例如利用质谱、核磁共振等技术对生物体内代谢产物进行定性和定量分析。代谢物变化分析是指对生物体内代谢产物的变化进行分析，例如在不同生理状态下对代谢产物的变化进行比较分析。代谢通路分析是指对生物体内代谢通路的结构和功能进行分析，例如通过代谢产物的组成和变化分析来揭示代谢通路的变化。代谢物作用机制分析是指对代谢产物的作用机制进行分析，例如通过代谢产物的作用机制来研究药物的作用机制等。 - 2 - 二、代谢组学技术的方法
代谢组学技术的方法包括样品处理、代谢产物分析和数据分析等步骤。样品处理是代谢组学研究的关键步骤，它涉及到生物样品的采集、处理和保存等方面。代谢产物分析是代谢组学研究的核心步骤，它涉及到代谢产物的分离、检测和定量等方面。数据分析是代谢组学研究的重要步骤，它涉及到数据的预处理、质量控制和统计分析等方面。下面将具体介绍代谢组学技术的方法。
代谢组学技术在中医证候研究中的应用概况
范群丽１陈晓虎２
（１．南京中医药大学，江苏南京２１００２９；２．南京中医药大学第一附属医院，江苏南京２１００２９）
摘要代谢组学是近年来新发展起来的一门学科，研究过程包括样品制备、代谢产物的检测、分析与鉴定。代谢组
学研究方法与中医药治疗疾病的整体观念相一致，在中医证候，临床研究及动物模型研究中取得了一定成果，有助于揭示 中医证候的本质，将进一步推动中医药事业现代化的进程。 关键词代谢组学证候综述 中图分类号 Ｒ２２８ 文献标识码 Ａ 文章编号 １６７２—３９７Ｘ（２０１０）０７—００７９—０３
代谢组学是继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后新
近发展起来的一门学科．是系统生物学的重要组成部分 最近
应用较多，其研究领域覆盖了疾病诊断、营养学、药物作用机
制、药物毒理学及植物学等方面Ｉ一 另外．代谢组学研究的是
生物体所产生的整体性效应．其研究方法与中医药治疗疾病
的整体观念相一致．在中医证候的研究中亦取得了一定成果 现将其研究进展概述如下 １代谢组学的概念与特点
随着人类基因测序工程的完成．基因组功能的分析成为
生命科学的主要任务．研究遗传信息如何由基因经转录向功
能蛋白质传递．基因功能如何由表达产物蛋白质及代谢产物 来体现，于是相继出现了各种组学研究 基因组学、转录组学、
蛋白质组学和代谢组学共同组成了系统生物学 基因与功能
的关系非常复杂．生物体内存在着十分完备和精细的调控系
统以及复杂的新陈代谢网络．在这一体系中．既有直接参与物
质与能量代谢的糖类、脂肪及其中间代谢物．也有对新陈代谢
起重要调节作用的物质 这些物质在体内形成相互关联的代
谢网络，基因突变、饮食、环境因素等都会引起这一网络中某
个或某些代谢途径的变化．仅微量存在就能够发挥很强的生 物效应 对这类物质的生理病理学意义不能充分认识．就不可 能真正阐明生命功能活动的本质．因此．代谢组学应运而生．
