HM350代谢组 | 实测数据大公开！新型衍生化策略实现技术突破
近期，我们推出了期待已久的靶向代谢组学新品——HM350代谢组。HM350代谢组通过液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）技术进行检测分析，可以同时靶向检测氨基酸、脂肪酸（包括短链脂肪酸）、有机酸、胆汁酸、碳水化合物、肉碱、吲哚等10余个不同类别的350多种代谢物，并使用同位素内标法得到代谢物的准确浓度。HM350代谢组数据结果兼具实用性和可靠性，无需再验证，此外，还具有超高的检测灵敏度和超宽的代谢物覆盖范围，因此在医学研究、微量样本研究中具有突出优势。
尽管近年来代谢组学技术已经取得了许多进步，但仍然存在很多技术问题需要解决。当前的代谢组学对代谢物的覆盖度非常有限，检测方法仍不够灵敏，尤其是在检测分析微量生物样本（如干细胞、稀有免疫细胞、发育胚胎等）时，由于代谢物浓度过低而导致无法被检测到或无法准确定量。HM350代谢组采用了3-硝基苯肼（3-nitrophenylhydrazine, 3-NPH）衍生化策略，在样本制备环节使用3-NPH作为衍生化试剂，对代谢物进行衍生化，从而极大地提高了单次分析中代谢物的覆盖度，显著提高了代谢物的检测灵敏度，并且具有良好的色谱分离度。
01
关键技术——3-NPH衍生化
A
什么是衍生化
衍生化是指通过化学反应将样品中难于分析检测的目标化合物定量的转化成另一易于分析检测的化合物。
B
为什么要衍生化
氨基酸、有机酸、碳水化合物、磷糖等极性代谢物在反相色谱柱（RP）上的色谱保留差，同时通过反相色谱柱分析极性、弱极性以及非极性代谢物难以获得良好的结果。
部分代谢物在生物样本中的含量极低或难电离，导致质谱响应信号低，难以达到检测方法的检出限、定量限。
C
衍生化的主要作用
有效提高极性代谢物的疏水性，增强其在反相色谱柱上的色谱保留行为；改善代谢物的峰形和对称性；提高代谢物的分离度，对多种难以区分的同分异构体实现良好分离。
提高离子源对代谢物的雾化和电离效率，显著提高代谢物在质谱中的信号响应强度，有效提高检测方法的灵敏度。
D
3-NPH衍生化
可以同时针对羰基、羧基和磷酰基进行衍生化。
相比其他衍生化技术，操作简单、高效。
图1 3-NPH对羰基（A）、羧基（B）和磷酰基（C）的衍生过程
采用3-NPH衍生化处理后，代谢物的色谱保留行为较好，并获得了良好的色谱峰形，绝大部分代谢物的检测灵敏度可提高2-300倍，可有效定量低浓度及难电离的代谢物，实现超高灵敏度和跨量级检测。下图为典型的HM350代谢组标准品的提取离子流图（XIC）。
图2 典型的HM350代谢组标准品的提取离子流图（XIC）
02
实测数据展示
HM350代谢组已经进行了各种样本类型的检测，包括人的血浆、食管癌组织、羊水、房水、血浆外泌体，以及小鼠粪便、细胞等，均展示出了出色的定量能力，如人血浆样本中实现了229个代谢物的准确定量。另外，还进行了微量细胞样本的测试，分别使用了10个、100个、300个、600个、1000个Hela细胞样本进行测试，均获得了超过100个代谢物的准确定量结果。实测数据表明，相比于常规的代谢组学技术，HM350代谢组不仅可以使用微量生物样本进行实验检测，并且可以得到大量代谢物的准确定量结果。
A
常见样本类型的实测数据
表1 常见样本类型的定量代谢物数量（实测数据）
图3 常见样本类型中各类代谢物的定量数量（实测数据）
B
微量细胞样本的实测数据
表2 微量细胞样本的定量代谢物数量（实测数据）
图4 微量细胞样本中各类代谢物的定量数量（实测数据）
03
HM350代谢组与医学研究
A
代谢物的准确浓度是开展基于代谢的临床试验或全面了解生物体和生物系统功能的先决条件。通过HM350代谢组可获得代谢物的准确浓度，无需再验证，可以更快地实现临床转化。B
HM350代谢组具有超高的检测灵敏度和广泛的代谢物覆盖范围，实现低浓度代谢物、难电离代谢物、不同类别代谢物的同时检测，包括10余个重要代谢物类别和多条核心代谢通路，能够在代谢组层面进行深入的功能研究，对于临床转化极具意义。C
HM350代谢组采用标准化、自动化、高通量的工作流程结合三重四极杆的MRM模式，有力保障大规模临床样本研究对样本检测通量和检测方法稳定性的高度要求。参考文献：
[1] Meng, Xiangjun, et al. "Simultaneous 3-Nitrophenylhydrazine Derivatization Strategy of Carbonyl, Carboxyl and Phosphoryl Submetabolome for LC-MS/MS-Based Targeted Metabolomics with Improved Sensitivity and Coverage." Analytical Chemistry (2021).
[2] Xie, Guoxiang, et al. "A metabolite array technology for precision medicine." Analytical Chemistry 93.14 (2021): 5709-5717.
[3] Lewis, Gregory D. "The emerging role of metabolomics in the development of biomarkers for pulmonary hypertension and other cardiovascular diseases (2013 Grover Conference series)." Pulmonary circulation 4.3 (2014): 417-423.
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