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代谢组 · 全谱发现

非靶向代谢组

不知道要测什么的时候,就该用非靶向:不做预设,把样本里能测到的代谢信号全部采下来,再回头看哪些在组间真的变了。它回答的是"发生了什么",而不是"你关心的那个指标变了没有"。适合生物标志物发现、发病机制探索、药物与中药作用机制这类先探索、后验证的课题。

  • 全谱检测
  • 四重鉴定策略
  • 差异代谢物
  • 通路富集
  • 干冰送样
近千种代谢物单次检测覆盖范围
4重鉴定策略自建库 / DB_all / AI / MetDNA
pg级灵敏度低丰度代谢物同样采集
3–4周常规项目周期
01

技术简介

非靶向代谢组(untargeted metabolomics)是一种常用的代谢组学研究方法,主要思路是对比实验组和对照组,检测样本中所有代谢物并获取定量信息,找到组间差异代谢物和代谢通路,为疾病生物标志物开发、疾病发病机制和药物治疗机制等研究提供线索和方向。

它的价值在于不预设。靶向方法只能回答“我关心的那几个变了没有”,非靶向能告诉你“还有哪些你没预料到的东西在变"——很多课题的转折点就出在这里。代价是定性难度大:同一个色谱峰可能对应多个候选化合物,这也是为什么鉴定策略比仪器参数更值得问清楚。

02

技术优势

高通量

一次性对样本中所有代谢信号进行检测分析,不需要事先决定测哪些化合物。

广覆盖

检测多达近千种代谢物,涵盖物质种类丰富,氨基酸、有机酸、脂质、黄酮、生物碱等一起采。

低成本

样本前处理简单,成本相对较低,适合样本量大的探索性课题先跑一轮。

精鉴定

采用高分辨率自建库、DB_all 公共库、AI 预测库以及 MetDNA 共 4 种方法进行鉴定,显著提高未知物的定性把握。

可与微生物组联动

粪便、肠道内容物样本的代谢谱与 16S 结果天然互补,做”菌—代谢物“关联最顺手。

结果可继续验证

筛出的差异代谢物可以转成靶向方法或绝对定量做验证,形成”发现—验证“闭环。

03

技术应用

1

寻找疾病的生物标志物

在病例与对照的全谱差异里筛候选分子,再用靶向方法在大队列中验证。

2

研究疾病发病相关的代谢通路

把差异代谢物富集到 KEGG 通路,定位是哪一段代谢被扰动。

3

预测药物的疗效和不良反应

给药前后代谢谱的偏移方向,往往比单一指标更早反映药效与毒性。

4

评估中医中药的疗效和安全性

复方多成分的特点适合全谱扫描,配合血清药物化学可定位入血成分。

这四类应用的共同点是:先需要”看到全貌“,才谈得上选靶点。如果课题已经明确只关心某几个化合物,直接用靶向或广泛靶向更划算。

04

样本要求

非靶向对样本状态比靶向更敏感——因为它连低丰度信号一起采,任何降解产物都会进到数据里。

样本类型送样量处理与运输
血清、血浆200 µL / 样液氮速冻后 −80 ℃ 保存,干冰寄送;尽量避免溶血
尿液500 µL / 样液氮速冻后 −80 ℃ 保存,干冰寄送
组织200 mg / 样液氮速冻后 −80 ℃ 保存,干冰寄送
细胞>1×10⁷ / 样液氮速冻后 −80 ℃ 保存,干冰寄送
脑脊液200 µL / 样液氮速冻后 −80 ℃ 保存,干冰寄送
粪便及肠道内容物150 mg / 样液氮速冻后 −80 ℃ 保存,干冰寄送
三个容易踩的点:① 溶血会同时改变几十个通道,血清血浆样本务必避免;② 反复冻融会让降解产物累积,取样后按一次用量分装再冻存;③ 组间取样条件要一致——空腹与否、取样时段、麻醉方式都会影响代谢谱,病例组和对照组必须统一。其他样本类型请与技术顾问确认。

完整版要求以最新版《武汉瑞兴生物科技有限公司送样规范》为准。

05

应用案例

案例解析
IF 6.2 J Agric Food Chem · 药理 / 肠道菌群

Supplementary Hesperidin Alleviated CPT-11-Induced Diarrhea by Modulating Gut Microbiota and Inhibiting the IL-17 Signaling Pathway

补充橙皮苷通过调节肠道菌群和抑制 IL-17 信号通路缓解 CPT-11 诱导的腹泻

期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry(IF 6.2,2024 JCR) · 发表时间:2025 年(73 卷 10 期,5915–5930) · 阅读原文:doi.org/10.1021/acs.jafc.4c09602

研究设计:伊立替康(CPT-11)是胃肠道肿瘤常用化疗药,腹泻是它最常见的不良反应。研究用 CPT-11 建立腹泻小鼠模型,通过生化分析、组织病理学、免疫组化、16S rRNA 测序和非靶向代谢组学,评估橙皮苷对腹泻严重程度、肠道病理、菌群组成和代谢物谱的影响;再用转录组、分子对接与分子动力学模拟追机制。

核心发现:补充橙皮苷显著缓解 CPT-11 诱导的腹泻。16S 结果显示橙皮苷改善了菌群组成,Alistipes、Limosilactobacillus、Rikenella、Mucispirillum 等关键分类群在改善过程中起核心作用。橙皮苷通过上调紧密连接蛋白、减轻上皮损伤,并降低结肠中 IL-17A、TRAF6、p38、磷酸化 p38(P-p38)和 AP-1 的蛋白表达来增强肠道屏障功能。结论是:橙皮苷通过调节肠道菌群、抑制 IL-17 信号通路来减轻腹泻,从而改善肠道屏障完整性。

这个案例里非靶向代谢组的位置:它和 16S 一起,构成了”菌群—代谢物—表型“这条链的中间环节:菌群变了哪些、代谢物跟着变了哪些,两者用 Spearman 关联起来,才把”橙皮苷改变了肠道微生态“从推测变成证据,后面的转录组和分子对接才有明确的落点。

橙皮苷缓解 CPT-11 诱导腹泻的整体研究设计:动物模型与表型评估、氧化应激与炎症、肠道屏障、病理、16S rRNA 测序、非靶向代谢组、转录组与分子机制验证
从表型、菌群、代谢组到分子机制的完整验证链
06

常见问题

非靶向代谢组能测出多少种代谢物?够用吗?
常规覆盖近千种,具体到你的样本类型会有差异。够不够用取决于课题处在哪个阶段:探索阶段这个通量足够找到方向;一旦锁定目标,建议转靶向或广泛靶向做定量验证,结论才硬。
报告里的化合物名字可靠吗?
分级给出。用标准品在自建库中命中、且有二级谱匹配的,定性等级最高;仅靠公共库或 AI 预测匹配的,报告会标注等级。写文章时建议优先用高等级化合物,低等级的作为线索、后续自己验证。
需要几个生物学重复?
细胞与动物实验建议每组 ≥3,临床样本建议每组 ≥10。非靶向数据维度高,样本量不足时很容易出现”看着有差异、验证不出来“的情况。
能不能和 16S / 转录组一起做?
可以,这也是最常见的组合。16S 找菌群变化、代谢组找代谢物变化、转录组找宿主反应,三者用相关性网络串起来,是把机制讲完整的标准做法。
代谢组数据里出现大量”未知物“怎么办?
正常现象,重点看能定性的那部分。也可以做靶向补充:把感兴趣的未知峰所在的 m/z 和保留时间提出来,用标准品比对确认——这类加做按化合物数量评估。
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