代谢组学分析手段（一）

核磁共振技术（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）

定义：指核磁矩不为零的原子核在外磁场的作用下，核自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一特定频率的射频辐射的物理过程。

优点：

（1）生物样品只需要简单的预处理；

（2）无损伤性，不破坏样品的结构和性质；

（3）可在接近生理条件下进行实验。早在二十世纪八十年代，英国帝国理工大学的Nicholson等人利用核磁共振技术分析了大鼠尿液中的代谢物，确定了代谢物的变化与疾病发生的关系。

缺点：

NMR技术在代谢组学存在较大的瓶颈即灵敏度较差，因此，鉴定到的代谢物数目很有限。

质谱技术（Mass Spectrometry, MS）

（1）质谱技术具有高选择性和高灵敏度，能够同时检测多种代谢物，应用范围广

（2）通过质谱技术采集到的MS/MS谱图能够提供代谢物的结构信息，有利于代谢物的结构鉴定。

（3）质谱技术可方便地与分离技术（如毛细管电泳（Capillary Electrochrophoresis，CE）、气相色谱（Gas Chromatography，GC）和液相色谱（Liquid Chromatophray, LC））相结合，进一步提高分析复杂样品代谢组的能力。

• 毛细管电泳（Capillary Electrochrophoresis，CE）分离中，所有的阳离子都向阴极移动，而所有的阴离子都向阳极移动，根据待代谢物电泳速度的不同所有的带电化合物都能在毛细管电泳中得到分离。毛细管电泳分离分辨率较高，耗费的溶剂少，且成本较低，当其跟高灵敏度的质谱检测器联用时，可以得到较低的检测限。生物机体内含有众多极性小分子代谢产物，因此，CE-MS适用于代谢物，尤其是极性代谢物的分离分析中。
• 气相色谱分析（Gas Chromatography，GC）是使混合物中各个代谢物在两相间进行分配，其中一相为固定相，流动相（载气）携带混合物流过此固定相，并与固定相发生作用。不同代谢物在固定相中滞留的时间不同。GC-MS具有标准的MS/MS谱图库，这极大地方便了代谢物的定性分析。目前国际上常用的包含GC-MS数据的二级谱图库有NIST库和Wiley库等，因此，GC-MS的高灵敏度以及EI谱库的完备性使其成为代谢组学研究中被广泛应用的较为成熟的分析方法。GC-MS技术主要用于分析对热稳定的小分子代谢物，一般用于测定包括氨基酸、脂肪酸、有机酸、糖、糖胺、糖醛酸等代谢物。但这些代谢物的极性强，挥发性弱，往往不能直接进样分析，因此需要繁琐的衍生化步骤，将其转化为相应的挥发性衍生物后才能适用气相色谱的检测。
• 液相色谱分析（Liquid Chromatography，LC）与质谱联用具有很高的灵敏度和宽动态范围，且分析速度快。LC-MS技术无需对样品进行衍生化处理。在代谢组学应用中，液相色谱分离的目的是降低离子抑制效应。液相色谱分离按固定相和流动相的极性不同，可以分为反相液相色谱法（Reverse Phase Liquid Chromatography, RPLC）和正相液相色谱法（Normal Phase Liquid Chromatography, NPLC）。近些年来，在代谢组学研究领域里，亲水相互作用液相色谱（Hydrophilic Interaction Liquid Chromatography, HILIC）已逐步被广泛应用于分离分析极性小分子代谢物。