脂质组学简介与应用

,单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2018-06-27,#,脂质组学简介与应用,脂质组学,脂类是生物体中最重要的物质之一，其在生物结构、能量储存、信号转导等方面发挥着不可替代的作用。,截至,2018,年,1,月，在,LIPID MAPS,数据库中已列出,了,40,000,多种,脂质，之后这个数量还会不断上升，因此对这些脂质进行系统研究是非常有必要的。,脂质组,学是,系统研究脂质组的一门独立学科， 作为大规模定性和定量研究脂类化合物并了解它们在不同生理、病理条件下的功能和变化的方法学,能准确全面地提供生物样品在不同生理条件下的全脂信息谱图,。,由于脂类,代谢是,动植物的代谢,中的第一,大,类，随着,近年来脂质组学迅猛发展,科学家们将“脂质组学”,从“代谢组学”中单独划分出来,，与基因组学和蛋白质组学一样成为一个,独立学科,。,脂质组学研究步骤,脂质的提取和分离,两种,方法通过使用不同比例的氯仿,/,甲醇溶剂将脂质分离成有机相：,Folch,法（氯仿：甲醇,= 2,：,1,）和,Bligh,和,Dyer,法（氯仿：甲醇,= 1,：,2,）。,为了避免,极性较高的脂质物质,在双相脂质提取方法,中分散到,水相中的损失,，可使用单相,脂质,提取法。,单相提取,方法可以促进极性脂质的提取效率。,提取,后，通常通过薄层色谱法（,TLC,）、气相色谱法（,GC,）和高效液相色谱法（,HPLC,）等各种色谱方法分离脂质，或者可以将脂质直接注入质谱仪中进行检测分离。,脂质检测,光谱法,：,红外光谱,色谱法,：,高效液相色谱法、气相色谱法,质谱法,：,质,谱、液相色谱,-,质谱联,用法、气相,色谱,-,质谱联,用法、多级质谱联用,核磁共振波谱法,脂质定量,绝对定量,针对少数,已知或假设的脂质,，加入相应标记的内参,，通过对峰,强度或峰面积的比较来对单个脂质的丰度,进行精确定量,相对定量,脂质种类较多时,，可,使用,一,种脂质内参代表一类脂质，或只使用一种外源脂质分子作为相对定量标准,数据分析策略,手动注释,与,标准品内参,或,已知数据,比较（,峰面积、质荷比、保留时间），结合相关知识背景，对目标物质进行定性与定量,借助计算机平台,当,脂质种类较多或样品较为复杂,时，手动注释基本不具备可行性，所以通过,脂质质谱数据已经开发出多种用于脂质研究的,软件,相关软件,免费软件,1,、,LipidNavigator,，是,一个高通量网页工具,可采用各种类型的原始脂质质谱数据库自动分析磷脂,。,2,、,TriglyAPCI,，可以,用来解析甘油三酯的,APCI-MS,图谱,3,、,Brown,，此,软件通过演算法对数据进行规范化处理,可以对不同质谱和不同重复获得的数据进行统计学,比较,开源软件,1,、,SECD,，分析,从色谱数据获得的谱,图,2,、,LIMSA,，脂质,质,谱分析，进行,基于,MS/MS,谱图的,数据分析,3,、,Mzmine,，可以,进行数据处理和制图,并且可以通过演算法进行波谱过滤、峰采集、二维图形可视化、校正和规范化等。,数据库,HMDB(,http,:/www.hmdb.ca,/,),该数据库,是目前收录人源代谢物最全的数据库之一。数据库内的数据涵盖以下三类：,a.,化学数据，,b.,临床数据，,c.,分析生物学和生物化学数据。水溶性和脂溶性代谢物均收录其中,。,数据库,KEGG(,http,:/www.kegg.jp,/,),该数据库,的构建旨在了解生物系统（如细胞，组织等）中基因、蛋白及代谢物的功能及相互作用关系。可以查询到与代谢物相关的代谢通路、人类疾病及药物研发等信息,。该数据库的代谢物及代谢通路涉及两大类：真核生物（动物、植物、真菌及原生生物）和原核生物（细菌、古细菌）。,数据库,LIPID,MAPS(,http:/www.lipidmaps.org,/,),这是是,一个多组织联盟，旨在利用系统生物学方法、质谱方法等鉴定、定量生物体内的脂质，揭示多种生命活动、环境变化带来的脂质变化。目前已经收录了,4,万种脂质，涉及到人、小鼠、植物、细菌、真菌等,。,数据库,植物,代谢网络（,The Plant Metabolic Network,，,PMN,）,PlantCyc(,www.plantcyc.org,),是,它的,主要组件之一,。它包含计算分析的基因信息、蛋白酶信息、化合物信息、化合反应和初级、次级代谢产物等信息。目前收集了包括番茄在内的,350,种植物、,1200,条,Pathway,对应,5503,个化合物的,信息。,数据库,应用,细胞脂质组学,像转录组和蛋白质组一样，细胞脂质组在各种刺激和生理条件,下会发生重塑。,例如，巨噬细胞活化是许多疾病发展过程中的关键步骤,，在此过程中脂肪酸去饱和和,延伸酶受到强烈诱导,，脂质组分析发现,磷脂酰乙醇胺缩醛磷脂,中的多不饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸相应降低和增加，这为为巨噬细胞的活化,提供一种脂质特征指标。,对小,鼠肝脏分离的细胞核和线粒体,进行脂质,组,学研究，发现,线粒体脂质组比核脂质组表现出更多的时间波动。,应用,血浆脂质组学,日常生理条件如空腹,和进食、遗传背景,和,疾病可,改变血浆脂质浓度和组成,。通过对血浆脂质组进行检测，可确定人体的健康状况。,例如：,24-,羟基,胆固醇,主要在,大脑,中合成，,循环系统中可检测到的,24-,羟基胆固醇仅来源于,脑。,与健康个体相比，虽然总胆固醇水平不变,，但阿尔茨海默,氏病和血管性痴呆,患者,的,血浆中,24-,羟基胆固醇明显更,高。,应用,由于脂质在人体新陈代谢,中发挥一些关键作用，而且在一些观察,到的,病理条件,下脂质,组发生重,塑,，因此监测,个体,脂质组可用,于评估疾病进展,。,人类体液可以很容易地监测脂类丰度，包括血液，眼泪，尿液，羊水和脑脊液。此外,，这些液体,大多数,可以,通过非侵入性或微创手术收集，,表明利用体液,中的脂质,代谢物作为生物指标有着非常好的前景。,应用,植物脂质组学,脂质在植物体内也发挥着非常重要的作用,对于陆生植物来说，,角质层,（防止水分散失，阻止病原体入侵）是其必不可少的结构，利用脂质组学对植物角质层进行研究有助于进一步理解植物的干旱适应机制，为抗逆性作物的培育提供帮助。另外，植物油脂的脂质组学研究在,食用油检测,和,油料作物育种,中可发挥重要作用。,脂质是六大营养素之一，食品脂质组学可用于,检测食品质量,，改善,食品营养,成分,脂质组学面临的挑战,1,、目前的提取方法不能适用于所有脂质,2,、脂质,种类繁多，结构复杂,，对相关检测技术（色谱、质谱）提出很高的要求,3,、由于,标准品难以制备,，一些脂质的绝对定量难以实现,4,、脂质大多,不溶于水,，难以进行酶活实验，为相关代谢通路的研究带来困难,谢谢,