“精準(zhǔn)分析”我們的成功故事系列

寫在前面的話

“精準(zhǔn)分析，量化釋能”——我們的成功故事系列欄目，是SCIEX幫助科學(xué)家們分享有意義的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和研究成果的科普平臺(tái)。我們期待讓更多的人感受到科學(xué)和“質(zhì)譜”的力量，“讓質(zhì)譜改變每個(gè)人的生活”始終是SCIEX最美好的愿景。SCIEX非常榮幸能夠參與到這一系列有趣的科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程中，客戶成功就是SCIEX的成功，所以，您讀到的是 “我們（SCIEX和客戶）的成功故事”。

本期科學(xué)家稅光厚，我們一起談?wù)勥@些年迅猛發(fā)展的脂質(zhì)組學(xué)(Lipidomics)。

稅光厚 研究員個(gè)人簡(jiǎn)介

中科院遺傳發(fā)育所分子發(fā)育生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員，博導(dǎo)，入選中科院"百人計(jì)劃”；現(xiàn)任中科院遺傳發(fā)育所所級(jí)公共技術(shù)中心主任； European J Lipid Sci Technol雜志編委；中國(guó)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)會(huì)細(xì)胞代謝分會(huì)副會(huì)長(zhǎng)，中國(guó)生物物理協(xié)會(huì)代謝生物學(xué)分會(huì)理事，中國(guó)病理生理學(xué)會(huì)內(nèi)分泌與代謝專業(yè)委員會(huì)理事，中國(guó)抗癌協(xié)會(huì)腫瘤代謝專業(yè)委員會(huì)委員; 作為大會(huì)主席已成功舉辦四屆Lipidall脂質(zhì)代謝國(guó)際會(huì)議。長(zhǎng)期從事前沿組學(xué)技術(shù)開發(fā)、功能性分子結(jié)構(gòu)鑒定研發(fā)、代謝機(jī)制相關(guān)的研究工作。近年來(lái)在Science, Nature, Nature Med., Immunity, EMBO Mol Med, PNAS, Nature Comm，J Clin Invest, J Cell Biol, Redox Biol, Neurobiol Aging, Biochim Biophys Acta, J Biol. Chem, J Lipid Res等期刊發(fā)表120余篇關(guān)于代謝的論文，發(fā)表SCI論文總影響因子約800，被引用6600余次，H-index 45；目前的工作方向包括開發(fā)各類生物樣品的高通量、超高覆蓋率、超高靈敏度脂質(zhì)組學(xué)、前沿代謝組學(xué)及代謝流技術(shù)，研究代謝調(diào)控機(jī)制、代謝異常和重大疾病的內(nèi)在聯(lián)系等。

 什么是脂質(zhì)組學(xué)，脂質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)有什么區(qū)別？

這個(gè)問(wèn)題的答案來(lái)自稅光厚老師在科學(xué)網(wǎng)blog：gshui的個(gè)人博客的置頂博文《脂質(zhì)組學(xué) vs 代謝組學(xué)》。推薦大家關(guān)注稅老師的blog，通過(guò)科學(xué)家的視角了解更多關(guān)于脂質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)研究的新發(fā)現(xiàn)新進(jìn)展。

我們知道，代謝是生物體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的總稱，是動(dòng)植物最為重要的生命活動(dòng)之一；個(gè)體通過(guò)各種代謝調(diào)節(jié)來(lái)適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境的變化，是生命活動(dòng)的基本特征之一。 “代謝組”是生物樣本中所有代謝物的集合。代謝物種類繁多（可能超過(guò)百萬(wàn)種）、結(jié)構(gòu)多樣, 在生物體內(nèi)不同組織及體液中分布及濃度差異大。主要種類包括：脂類、氨基酸、有機(jī)酸、碳水化合物、核酸等。

“代謝組學(xué)”是系統(tǒng)研究代謝組的一門獨(dú)立學(xué)科，它提供了所有細(xì)胞過(guò)程的獨(dú)特生化指紋，可用于鑒定代謝生物標(biāo)志物，從而闡明潛在的疾病機(jī)制，或預(yù)測(cè)對(duì)環(huán)境變化或外部干預(yù)的反應(yīng)。

“脂質(zhì)組學(xué)” 是系統(tǒng)研究脂質(zhì)組的一門獨(dú)立學(xué)科， 作為大規(guī)模定性和定量研究脂類化合物并了解它們?cè)诓煌?、病理?xiàng)l件下的功能和變化的方法學(xué), 能準(zhǔn)確全面地提供生物樣品在不同生理?xiàng)l件下的全脂信息譜圖。

從以上定義可以看出，“脂質(zhì)組學(xué)”實(shí)際上是“代謝組學(xué)”的一個(gè)分支。但是，由于脂類代謝(如血漿中約70%的代謝物是脂類) 是動(dòng)植物的代謝中第一大類，是動(dòng)植物代謝研究中最為關(guān)注的熱點(diǎn)，參與能量運(yùn)輸、細(xì)胞間的信息通訊與網(wǎng)絡(luò)調(diào)控等生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的必需事件。作為細(xì)胞膜和脂滴的主要組成成分，各種結(jié)構(gòu)的脂類在廣泛的生物學(xué)過(guò)程，如信號(hào)傳導(dǎo)、運(yùn)輸作用以及具有不同生化性質(zhì)的生物大分子分選過(guò)程中，扮演著重要角色。 隨著近年來(lái)脂質(zhì)組學(xué)迅猛發(fā)展, 科學(xué)家們就逐漸將脂質(zhì)組的研究即“脂質(zhì)組學(xué)”從“代謝組學(xué)”中單獨(dú)劃分出來(lái)，現(xiàn)在我們所指的“代謝組學(xué)”一般就不再包括系統(tǒng)的脂質(zhì)組分析了。

通過(guò)脂質(zhì)組學(xué)研究，闡釋脂質(zhì)代謝相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)理

“脂質(zhì)是細(xì)胞膜和脂滴的主要組成成分，在廣泛的生物學(xué)過(guò)程，如信號(hào)傳導(dǎo)、運(yùn)輸作用以及生物大分子分選過(guò)程中扮演著重要角色。對(duì)脂質(zhì)的全面分析, 即脂質(zhì)組學(xué)是了解細(xì)胞變化過(guò)程中脂質(zhì)細(xì)微的動(dòng)態(tài)變化以及致病機(jī)理的先決條件。脂質(zhì)代謝紊亂和生殖發(fā)育缺陷及多種重大疾病如糖尿病、心血管疾病、脂肪肝、肥胖、癌癥、老年癡呆等重大疾病密切相關(guān)。脂質(zhì)組成分的變化可直接反映生物體的生理和病理狀態(tài)，分析組織器官生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中脂質(zhì)譜紋的變化及解析相關(guān)代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)機(jī)制具有重要的生物學(xué)意義和臨床價(jià)值。

稅光厚老師領(lǐng)銜首創(chuàng)開發(fā)了基于MATLAB脂質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域的非靶向數(shù)據(jù)分析方法與軟件(FASEB J, 2006; J Lipid Res, 2007)，帶動(dòng)和促進(jìn)了非靶向脂質(zhì)組學(xué)的發(fā)展。 非靶向脂質(zhì)組學(xué)對(duì)于挖掘究生物樣品的質(zhì)譜分析中低豐度離子的顯著變化、尤其是發(fā)現(xiàn)未知代謝物中具有不可或缺的作用，但在定性準(zhǔn)確性及效率與定量方面仍面對(duì)巨大挑戰(zhàn)，并不適用于臨床大規(guī)模應(yīng)用或系統(tǒng)生物學(xué)大樣本分析。

稅光厚老師團(tuán)隊(duì)運(yùn)用SCIEX QTRAP 質(zhì)譜開發(fā)了一系列適用于生物樣本的多種物種的高覆蓋脂質(zhì)組的快速靶向定量分析模式（EMBO Mol Med, 2012; PNAS, 2013; J lipid Res, 2014; Neurobiol Aging, 2014; Redox Biol, 2017, Anal Chim Acta,2018），可對(duì)全面的脂質(zhì)庫(kù)進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠的定量分析， 并成功應(yīng)用于一系列生物醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)和臨床的重要研究中（PNAS, 2009, 2012, 2018, 2019；JCI, 2011; Nature, 2014; Nature Medicine, 2012; Molecular Cell, 2012; 2014; Immunity, 2013; Cell Res, 2016; Development Cell, 2017; Science, 2018; EMBO J, 2018; Nature Comm., 2018）；近10年來(lái)已經(jīng)發(fā)表100余篇SCI論文，總影響因子超過(guò)800。

基于LC-MS/MS建立定量脂質(zhì)組分析方法的一般工作流程

（Lam SM, Tian H, Shui G*. BBA-Mol Cell Biol L 2017脂質(zhì)組學(xué)專刊封面文章）

掀起脂質(zhì)的“神秘面紗”

近幾年，越來(lái)越多研究者認(rèn)識(shí)到除了蛋白質(zhì)，脂質(zhì)分子在生命體中也發(fā)揮重要作用。脂質(zhì)，是一類自然界存在的疏水或兩性的有機(jī)物小分子。由“脂質(zhì)代謝途徑研究計(jì)劃”（Lipid metabolites and Pathways Strategy，LIPID MAPS)資助的國(guó)際脂質(zhì)分類與命名委員會(huì)提出的脂質(zhì)分類系統(tǒng)，脂質(zhì)大體分為八大類：

常見主要大類脂質(zhì)的代表結(jié)構(gòu)式

（Lam SM, Shui G*. J Genet Genomics 2013. 脂質(zhì)代謝?？饷嫖恼拢?/p>

在剔除雙鍵位置異構(gòu)體，立體結(jié)構(gòu)異構(gòu)體和sn-構(gòu)型異構(gòu)體情況下，根據(jù)常見脂質(zhì)分子組成模塊預(yù)測(cè)真核細(xì)胞內(nèi)部至少有180,000種脂質(zhì)類化合物。脂質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性賦予了其多種重要的物理和生物功能：作為細(xì)胞膜的重要組成部分，不僅維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且參與調(diào)節(jié)包括物質(zhì)運(yùn)輸、能量轉(zhuǎn)換、信息識(shí)別與傳遞、細(xì)胞發(fā)育和分化以及細(xì)胞增殖與凋亡在內(nèi)的諸多生命活動(dòng)過(guò)程。

美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家都在國(guó)家層面部署了規(guī)模性項(xiàng)目脂質(zhì)組學(xué)計(jì)劃，分別已建立聯(lián)合型的脂質(zhì)組學(xué)研究機(jī)構(gòu)，其中影響力最大的是上文提到的美國(guó)的LIPID MAPS項(xiàng)目，獲得美國(guó)NIH的多期支持的研究項(xiàng)目，取得了非常有影響的成果。

我國(guó)尚未開始開展類似的注重于聯(lián)合型的規(guī)模性的研究，但近年來(lái)眾多科研院校都意識(shí)到脂質(zhì)組學(xué)的重要性，紛紛組建了各具特色的脂質(zhì)組學(xué)平臺(tái)，促進(jìn)了我國(guó)脂質(zhì)組學(xué)的發(fā)展。

脂質(zhì)組學(xué)的一般研究流程

脂質(zhì)組學(xué)分析流程主要包括生物樣本中脂質(zhì)的提取、分離分析以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析等。

脂質(zhì)組分析流程

（Lam SM, Shui G*. J Genet Genomics 2013. 脂質(zhì)代謝?？饷嫖恼拢?/p>

  質(zhì)譜分析技術(shù)助力脂質(zhì)組學(xué)研究應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，奮勇向前探索未知

質(zhì)譜技術(shù)的進(jìn)步極大地推動(dòng)了脂質(zhì)組學(xué)的快速發(fā)展，朝著準(zhǔn)確定性、定量的最終目標(biāo)邁進(jìn)，這是脂質(zhì)組學(xué)作為一門新興組學(xué)技術(shù)分支不斷增長(zhǎng)和擴(kuò)展的關(guān)鍵決定因素。脂質(zhì)組學(xué)出現(xiàn)及發(fā)展推動(dòng)了脂質(zhì)分析平臺(tái)的研發(fā)，特別是在質(zhì)譜技術(shù)進(jìn)步，已經(jīng)使眾多脂質(zhì)分子分析成為了可能，但在未來(lái)脂質(zhì)組發(fā)展依然有如下挑戰(zhàn)需要面對(duì)：

◆ 如何在縮短分析時(shí)間的同時(shí)，最大限度地提高脂質(zhì)覆蓋率和定量準(zhǔn)確度；

◆ 如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜脂質(zhì)同分異構(gòu)體（包括復(fù)雜脂質(zhì)脂肪酸鏈的雙鍵精確位置）的準(zhǔn)確定性與定量； 

◆ 如何通過(guò)以下途徑，從脂質(zhì)組生成的大數(shù)據(jù)中獲得有生物學(xué)意義的模式：以代謝通路為導(dǎo)向的分析方法涵蓋連接脂質(zhì)和非脂質(zhì)代謝物關(guān)鍵代謝分支定制的生物信息學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)直接和快速代謝通路波動(dòng)數(shù)據(jù)可視化等。

脂質(zhì)組定量準(zhǔn)確度的轉(zhuǎn)變

（Lam SM, Tian H, Shui G*. BBA-Mol Cell Biol L 2017脂質(zhì)組學(xué)?？饷嫖恼拢?/p>

稅光厚課題組火熱招聘中——研究人員和博士后

如果您對(duì)于生命科學(xué)有興趣，熱愛科學(xué)研究，充滿責(zé)任感使命感；有代謝組學(xué)、脂質(zhì)組學(xué)、液質(zhì)、氣質(zhì)等方面的研究經(jīng)驗(yàn)；擁有良好的中英文科學(xué)論文寫作能力；又剛剛好擁有相關(guān)專業(yè)博士學(xué)位(基本條件)。需要您協(xié)助課題組長(zhǎng)申請(qǐng)并參與課題研究，并且能夠獨(dú)立申請(qǐng)并開展課題研究任務(wù)（基本職責(zé)）。