使用IM-MS对疾病的代谢表型

质谱和代谢组学实验室的重点是质谱（MS）代谢组学技术的开发，包括液相色谱法（LC）-MS技术，代谢物光谱数据库和数据处理软件。与中国科学院（CAS）上海有机化学研究所（SIOC）（CAS）的上海跨学科研究中心（IRCBC）相关，ZHU实验室的研究人员开发数据处理计划和/或构建代谢物数据库，以实现自动数据处理（定量和定性分析）。该团队还正在探索新技术，例如与数据无关的获取（DIA）和离子移动光谱法（IMS）-MS技术有关代谢组学和脂质组学的技术，并将其研究扩展到各种挑战性疾病的代谢表型中。

该实验室还专注于衰老和衰老的神经退行性疾病，例如阿尔茨海默氏病和帕金森氏病。研究人员使用MS和代谢组学工具来了解衰老期间的代谢重塑，以及对衰老和衰老相关疾病的代谢调节。

CAS跨学科生物学研究中心的首席研究员兼代谢组学研究中心主管Zheng-Jiang Zhu博士描述了实验室的作用：

“我们在实验室中有大约10名研究生，他们正在攻读博士学位，以及实验室技术人员，后DOC​​和员工科学家。我们所有的项目都与MS和代谢组学有关，每个人都专注于他们的特定项目，包括针对老龄化疾病（如阿尔茨海默氏症）的申请以及临床应用。”bob平台靠谱吗

代谢物是在代谢过程中转化的化学实体，它们提供了细胞生物化学的功能读数。借助基于MS的代谢组学技术，现在可以通过最少的生物材料来定量测量数千种代谢产物，从而实现了系统级别的分析。通过进行全球代谢物分析，正在揭示将细胞途径与生物机制联系起来的新发现，并正在塑造对细胞生物学，生理和医学的理解。

尽管与其基因组和蛋白质组学的前辈相比相对较新，但代谢组学的研究已经导致发现了用于疾病诊断的生物标志物，对细胞生物化学的基本见解以及与疾病发病机理有关的线索。朱博士描述了在这些研究领域中快速采用代谢组学：

“十年前，您听到了很多有关基因组学和蛋白质组学的信息；现在，您会听到有关代谢组学的更多信息，因为越来越多的人对使用该技术的新应用程序感兴趣。bob平台靠谱吗一种迹象是，出版物中的代谢组学研究的数量正在非常快速，现在甚至赶上了有关蛋白质组学的已发表工作，这引起了很多意识。大约5 - 10年前，该领域的人们专注于开发代谢组学技术。现在，科学家正在研究不同领域的潜在应用 - 不仅是生物学家，而且医生和临床医生，药物发现研bob平台靠谱吗究人员等。”

代谢组学研究面临的最大挑战之一是可靠的识别，以确保正确解释数据。由于代谢产物的化学相似性（如等异构体），因此仅通过MS或色谱鉴定就很难进行鉴定。离子迁移率光谱法 - 质谱（IMS-MS）已成为解决这些问题的强大技术，并且在未靶向的代谢组学中使用IMS-MS表明，它可以改善代谢物异构体的分离和支持多维数据的分离代谢物的鉴定。朱博士解释了这如何影响代谢组学研究：

“在大多数情况下，要区分异构体是一个挑战，因为它们具有相同的质量，电荷和物理特性，但功能和识别率差异很大。这些复杂的异构体材料的分离和识别可能是极端的时间耗费和资源密集型的。这就是为什么我们开始寻找新技术的原因。”

该搜索导致朱博士在2020年7月进行测试，并最终购买Bruker Timstof Pro乐器。bob电竞安全吗

Brukbob电竞安全吗er Timstof Pro使用被困的离子迁移率光谱法（TIMS），这是一种在气相中的分离技术，该技术通过气流通过TIMS隧道推进离子。电场控制每个离子从超出离子迁移率定义的位置的移动，在该位置中，从气流中的推动体验到电场的力与电场的力相匹配。逐渐向下电场允许根据其移动性从TIMS隧道中选择性释放离子。

独特的TIMS设计使研究人员可以可重复地测量所有检测到的离子的碰撞横截面（CCS）值，并且可以使用这些值来进一步提高系统的选择性，从而从复杂的样本和短梯度分析中实现越来越可靠的相对定量信息。

新的平行积累序列碎片（PaseF）采集方法的引入MS/MS设计使离子在前部累积，而后截面中的离子则取决于其离子迁移率。通过使用双TIMS分析仪，离子可能几乎连续排队以通过移动性积累，排序和洗脱，从而使占空比接近100％（图1）。

CAS研究小组发现，Bruker Timstof Pro的性能允许对IM信息进行常规测量，并在保留时间bob电竞安全吗M/Z和IM中实现了高质量的4D功能对齐。实现这一深度提供了全新的可能性，可以分析代谢组学中数百至数千个样本的大型样本队列。朱博士描述了优势：

“在大多数情况下，我们在仅12分钟/样品中与TimStof Pro。使用Timstof Pro 2分析数百个样本，我认为我们可以将其减少到每个样品6分钟，也许每样本的速度高达2分钟。

另一个好处是CC提供的新信息的新维度，可用于进一步提高系统的选择性，从而从复杂的样本和短梯度分析中实现越来越可靠的相对定量信息。它有助于区分LC-MS无法实现的异构体。这就是为什么我们需要代谢组学研究的原因。”

自从使用TimStof Pro开发首次测试以来，朱实验室的研究人员与布鲁克（Bruker）进行了紧密合作，因为他们评估了该仪器如何帮助实验室的项目阵列。bob电竞安全吗朱博士描述了这种关系：

“我们与布鲁克（Bruker）进行了频繁的技术会议，以交流和问题解决我们遇到的任何问bob电竞安全吗题。

bob电竞安全吗布鲁克非常支持。我们在生物信息学方面的工作也与他们的团队进行了很好的合作。

此外，我们提供的反馈非常有帮助，因为他们更多地了解了我们如何将工具用于研究目的。这对两个组织都很有价值。”

朱博士实验室的研究重点是基于MS的代谢组学技术和各种具有挑战性疾病的代谢表型的发展，主要集中于衰老和衰老依赖性神经退行性疾病，例如：

• 衰老期间的代谢重塑/稳态
• 果蝇中衰老的代谢调节
• 神经退行性疾病中的代谢产物蛋白相互作用
• 用于诊断阿尔茨海默氏病的代谢物生物标志物发现。

朱实验室的科学家认为，在系统级别对代谢产物的全面研究可能会对与衰老相关的疾病相关的具有挑战性的问题进行整体看法。在他们在该领域的成就中，该团队使用IMS-MS仪器（例如Bruker Timstof Pro）开发了新的代谢组学技术。bob电竞安全吗朱博士描述了这项研究：

“我们使用果蝇作为模型研究衰老，因为寿命约为60天，我们还使用小鼠来测量代谢物在衰老过程中的变化。

我们探测器官间通信中的代谢适应症 - 例如，大脑如何与肝脏交流。我们发现，当动物年轻时，器官间的交流非常好。但是在衰老过程中，这种交流或代谢稳态在很大程度上被破坏了。而且我们认为断开可能具有代谢因素。研究可以帮助改善代谢健康，甚至可以扩大这些动物模型的寿命。在动物模型中，代谢物随着年龄的增长而降低，因此补充这些代谢产物可能会减慢衰老过程。”

朱实验室的科学家正在寻找一个未来，在临床环境中使用高通量代谢组学。目前，实验室的研究人员与上海的医院紧密合作，以获取样品，以测试特定疾病或疾病患者的代谢组差异，这最终可能会改善治疗。朱博士概述了他的团队的代谢组学研究在临床环境中如何帮助：

“例如，我们从结肠直肠癌患者那里收集样品，例如接受不同类型的化学疗法。有些人对治疗方法的反应，肿瘤缩小，他们的康复更好。但是有些人对化学疗法的反应不佳，肿瘤继续增长甚至转移到其他器官或组织。我们正在努力衡量其代谢概况的差异，并确定为什么有些人对这些治疗的反应如此之好，以及为什么其他人不这样做。”

朱博士和他的团队认为，IMS-MS与自动样品制备和注射技术的组合将在临床环境中实现高效和大规模的代谢组学。结果，最终这项研究可能会根据患者的代谢形象以个性化医学的形式改善治疗。他解释说：

“通常，尤其是在中医中，您使用医学来治愈疾病，但您不知道为什么会治愈它。这就是为什么我们正在努力促进实验室与医院医生之间的合作。生物标志物可以预测患者是否对治疗有效或实际反应。

最终，我们看到对精度或个性化医学的应用，医生可以预测治疗是否对患者有益。”

随着Bruker Timstof Pro等IMS-MS仪器的性能提高，朱博士看到了代谢组学研究的新可能性。bob电竞安全吗即将进行的数据库和处理IMS-MS数据的软件工具的改进是其实验室努力利用其研究潜力的下一步。此外，随着IM的超高分离速度，朱博士认为，随着该领域继续致力于实现高通量代谢组学分析，该技术有可能取代LC。他解释说：

“尤其是对于复杂材料，就像中医一样，IMS-MS具有识别无法与其他技术分析的化合物的能力。目前，代谢组学中使用的仪器中约有80％是LC-MS系统。我认为在接下来的5 - 10年中，几乎所有这些都将被IMS-MS取代。”

高分辨率IMS-MS的可用性将为该技术在代谢组学中的应用开辟新的可能性。此外，朱博士和他的团队还看到了与IMS-MS仪器与不同电离源耦合的潜力，并可以对代谢物进行成像分析。他描述了该技术的未来可能性：

“代谢组学已从技术开发转变为我们正在寻找该技术能力如何在其他领域提高的应用，包括环境，药物发现，临床等。bob平台靠谱吗

随着IMS-MS变得越来越成熟，我们将看到从当今代谢组学的传统用途转变为其他应用程序，并且许多新领域都会出现。”bob平台靠谱吗

[1] Luo MD，Zhou ZW，Zhu ZJ（2020）。离子迁移率质谱法在非靶向代谢组学中的应用：从分离到识别。分析与测试杂志4：163–174，https：//doi.org/10.1007/s41664-020-00133-0。

[2] Zhou ZW，Tu J，Zhu ZJ（2018）。在机器学习时代，推进大型CCS数据库，用于代谢组学和脂质组学。当前的化学生物学意见，42：34-41，https：//doi.org/10.1016/j.cbpa.2017.10.033。

一般参考

Zhou Z，Luo M，Chen X，Yin Y，Xiong X，Wang R，Zhu ZJ（2020）。离子迁移率碰撞横截面图集，用于未靶向代谢组学中已知和未知代谢物注释。自然通讯，11：4334。https://doi.org/10.1038/s41467-020-18171-8

bob电竞安全吗布鲁克（Bruker）使科学家能够做出突破性的发现，并开发新的应用，以改善人类生活的质量。bob平台靠谱吗bob电竞安全吗布鲁克的高性能科学仪器以及高价值分析和诊断解决方案使科学家能够在分子，细胞和微观水平上探索生活和材料。

与我们的客户密切合作，布鲁克正在实现创新，提高生产力和客户在生命科学，应用和药物应bob电竞安全吗用，显微镜和纳米分析以及工业应用以及细胞生物学，临床图，临床成像，临床成像，临床成像中的生产和药物应用方面的成功。bob平台靠谱吗现象学和蛋白质组学研究与临床微生物学。