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Orbitrap助力非靶向代谢组学在临床研究中取得新进展

2019-12-13


近日,Metabolomics杂志以封面文章形式,发表了基于Orbitrap的非靶代谢组学在新生儿先天性心脏病手术预后评价方面的研究成果。该研究首次报道了受心脏手术影响的关键代谢通路,并筛选出潜在的新生物标志物,有望应用于筛查手术预后不良风险较高的新生儿。早期识别手术致残风险较高的新生儿,可提示为患儿及时制定个性化长期治疗方案,提高患者术后生存质量,在未来具有重要的应用价值。

图片来源:Metabolomics杂志



开创新篇

非靶向代谢组学TGA应用新前景

大动脉转位(Transposition of the Great Arteries,TGA)是一种致死率极高的先天性心脏病,需在新生儿出生3周内及时进行心肺转流术(Cardiopulmonary-bypass ,CPB)予以矫正由于手术中使用的药物会对患者术后代谢图谱造成严重扰动,研究者首先建立了术中涉及的1255种药物及术后可从尿液中二次检出的药物相关的代谢物清单,将此清单在代谢分析时予以背景扣除。

该项目对比分析了TGA患者术前和CPB术后尿液中的代谢物,共检测到39,000多种特异化合物,其中371可预测注释的差异代谢物。最终准确注释的13差异代谢物通路分析表明,犬尿氨酸代谢通路中色氨酸降解与手术干预相关性zui强。


立意新颖

创新数据分析流程克服基质干扰

此次研究中,来自意大利的研究团队应用了一种全新的思路,同时也是这项研究的一项重要优势:即建立了克服基质干扰因素的数据分析工作流程,这使可靠地测定目标代谢物的变化成为可能。而这一创新思路和研究进展,是基于QE高分辨质谱的超高分辨率和Compound Discoverer这一强大的数据分析软件完成的。


文中显示,作者首先使用Compound Discoverer™2.1(Thermo Fisher Scientific)的“生成预期化合物”功能建立了给药药物及其内源性代谢物的列表。该列表包括母体化合物、术中用药成分,及它们可能的转化产物。接着在两步“生成预期化合物”功能生成的化合物离子列表中使用“寻找预期化合物”功能进一步搜索化合物,最终建立了一份“外源药物”相关的化合物质谱列表。

研究者使用该方法,成功排除了外源药物对内源性代谢标志物筛选的干扰,从而发现真正与手术因素密切相关的差异代谢物。对于新生儿心脏手术引发的不良预后监测有重大而深远的意义。



前景广阔,靶向定量与验证

——早期脑损伤患者或迎曙光

本研究中使用的非靶向代谢组学方法,具备可区分手术前和手术后样品代谢物差异的能力,而发现的差异代谢物将研究者未来的思路引向犬尿氨酸通路。而基于现有研究成果和成功的分析流程创新,研究者有信心后续更大范围的进行冠心病患者的定量(靶向)代谢组学分析。这些代谢物的定量将与受损神经发育金标准GFAP以及手术后神经学和神经发育测试获得的数据有潜在相关性。这可以提供预测脑损伤所需的生物标志物,尽早识别处于不良神经发育风险的患者,对于先发性干预和辅助神经发育治疗的启动都至关重要。


相较中低分辨率质谱系统而言,文中提及的基于组学金标准Orbitrap技术的Q Exactive质谱系统,能够提供超高分辨分辨率和灵敏度,这也为代谢组学研究者所面临的共同挑战-样本基质复杂、代谢产物鉴定数量不足、辨别假阴性/假阳性结果-带来更加直观的帮助。

Compound Discoverer强大的数据处理和分析功能,能够延展性的帮助研究者创新工作流程,结合公共数据库信息,能够更加方便和准确的鉴定代谢物。


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