靶向和非靶向代谢组分析技术区别

代谢组学是生物体内生化反应的集合，是生命维持生命的物质基础，是研究生命活动的重要基础。代谢组学是基于高通量分析和生物信息学技术，研究生命在内、外环境影响下的内源代谢活动，包括代谢物的类型、数量和变化的检测和分析，从而研究集体生命。活动发生和发展的本质。

代谢物是生物过程的最终产物，其状态变化可以准确反映细胞功能的变化。研究表明，包括癌症在内的多种疾病，如肝病、肾病、心血管和神经系统疾病等，都与细胞内代谢状态变化引起的生理紊乱或细胞功能丧失有关。代谢组学已成为后基因组学时代功能基因组学的研究工具，大规模筛选新生物标志物用于疾病早期预测、诊断和分型的重要手段，以及精准医疗的重要技术手段之一。

代谢组学优势

代谢物种类和数量的变化易于检测；
与基因组学、蛋白质组学相比，技术手段更简单；
与基因组学和蛋白质组学相比，代谢物数量少，易于检测、验证和分析；
代谢水平的变化可以实时揭示机体的生理和病理状态。

代谢组学分类

根据研究目的不同，代谢组学又可分为非靶向代谢组学和靶向代谢组学。

非靶向代谢组学是指利用LC-MS、GC-MS、NMR技术对所有小分子代谢物（主要是细胞、组织、器官或生物体中刺激或扰动前后）进行公正的检测。通过生物信息学分析筛选相对分子质量小于1000Da的内源性小分子化合物的动态变化，并进行差异代谢物的通路分析，揭示其变化的生理机制。

靶向代谢组学是对特定类别代谢物的研究和分析。两者各有优缺点，常联合使用用于差异代谢物的发现和定量，以及对后续代谢分子标志物的深入研究和分析，应用于食品鉴定、疾病研究、动物模型验证等和生物标志物发现。在疾病诊断、药物研发、药物筛选、药物评价、临床研究、植物代谢研究、微生物代谢研究等方面发挥着重要作用。
代谢组学应用方向

1.生物样品中复杂代谢物的检测。
2. 寻找疾病的生物标志物。
3. 标记验证和绝对定量研究。
4.研究代谢途径的机制。

靶向代谢组学和非靶向代谢组
学之间的区别

靶向：关注目标代谢物，通常基于通路
非靶向：发现差异代谢物并寻找生物标志物

定性定量
靶向：定性定量同时进行，可检测浓度
非靶向：可定性，相对定量

方法
针对性：需要先购买标准品，进行方法学验证，然后进行测试，成本较高
非针对性：直接进样即可分析，成本相对较低

代谢组平台比较

非靶向代谢组学常用LC/MS、GC/MS、NMR三种检测方法，优缺点如下：

1、NMR（核磁共振）
优点是对样品无损，测量无偏差，即适用于血液、尿液等液体样品，也适用于固体样品如组织器官，测量速度快，可实现样本代谢组的动态监测。缺点主要是分辨率较低。

2、GC-MS（气相色谱法）
GC-MS是一种代谢组学研究技术，具有技术成熟稳定、分辨率高的特点。同时，由于数据库比较完整，质量也较好。缺点主要是样品处理复杂、衍生化困难。对物质进行表征和定量比较困难，影响了该技术在更大范围内的使用。

3、LC-MS（液相色谱）
优点主要表现在样品制备和预处理简单、实验重复性好、分辨率高、分离分析范围宽。

非靶向代谢组分析技术

代谢组学通常需要使用多种分析技术来满足不同的实验需求。常见的代谢组分析技术包括核磁共振（NMR）、液相色谱-质谱（LC-MS）、气相色谱-质谱（GC-MS）、毛细管电泳-质谱（CD-MS）、HILIC-MS等在。高分辨率质谱技术主要包括TOF-MS、FTICR-MS、Orbitrap-MS、Sector-MS等。

1. GC-MS（气相色谱）是代谢组学研究中的经典技术。具有技术成熟稳定、分辨率高的特点。同时，由于数据库比较完整，质量也更加准确。缺点主要是在样本上。加工过程复杂，且不易衍生化的物质难以表征和定量，影响了该技术在更大范围的应用。

2、LC-MS（液相色谱）的优点主要表现在样品制备和预处理简单、实验重复性好、分辨率高、分离分析范围广。

数据分析

数据预处理：使用XCMS、MZmine、MarkerView等工具进行原始数据处理。
差异代谢物的鉴定：常见的分析方法包括主成分分析（PCA）、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）。数据分析结果还需要通过t检验和投影变量重要性（VIP）值来筛选差异代谢物。一般认为同时满足P<0.05且vip>1.0的变量为差异代谢物。
代谢通路分析：常见的代谢组通路数据库包括HMDB、KEGG、Reactome、BioCyc、MetaCyc等数据库，可用于代谢通路和相互作用网络分析。
多组学分析：多组学分析已经是组学发现的趋势。可用的数据库和工具包括 IMPaLA 网站、iPEAP 软件、MetaboAnalyst 网站、SAMNetWeb 网站、pwOMICS、MetaMapR、MetScape、Grinn、WGCNA、MixOmic、DiffCorr、qpgraph、巨大等。

关于样品

1. 微生物和细胞样品：快速灭活代谢活性（猝灭），同时防止细胞裂解
2. 动物体液（如尿液、血液、组织、器官、唾液）：采样后应迅速进行前处理，如添加抗凝剂和防腐剂，立即冷冻（-80℃）
3.植物样品：采集后快速冷冻（液氮），然后转至-80℃保存，200mg/箱
4.血清样品：500ul/箱（不少于200ul/箱），必须避免反复冻融。 （将血液收集于离心管中，静置30分钟使其凝固，然后离心取上清液装入干净的离心管中，然后8000rpm离心5分钟。-80℃冷冻保存送货。）
5、尿液样本：1ml/箱，原则上可以多取一点（尿液直接装入离心管，每管1ml，加一滴（约10ul）1/100（w/v）叠氮hua钠，冷冻-80℃）
6、瘤胃液：1ml/箱，原则上可以多取一点。收集步骤：瘤胃液6000×g离心15min，取上清液，等分，-80℃冷冻，干冰送样。为了使样品保持更长时间，可在取样后加入一滴（约10μl）1/100质量体积（w/v）叠氮hua钠溶液。

肽和蛋白质的区别

肽与蛋白质之间的区别并不总是显而易见，但理解这一点很重要。事实上，肽和蛋白质在本质上是相同的，都是由通过肽键连接在一起的氨基酸组成。然而，蛋白质和肽之间的根本差异超出了任意长度阈值。仔细观察，它们在结构、功能和治疗用途上有所不同。  

结构

蛋白质

蛋白质的长度至少有 50 个，通常超过 100 个氨基酸，由多个肽亚基组成。蛋白质有四级结构，包括一级（氨基酸序列）、二级（α螺旋和β折叠等结构）、三级（由氨基酸侧链之间的相互作用决定的三维结构）和四级（氨基酸复合物）多个蛋白质亚基）。

肽

肽是一条短链氨基酸，长度通常在 2 到 50 个氨基酸之间。肽结构不太复杂。根据氨基酸组成，蛋白质和肽都可以具有疏水性和亲水性区域。蛋白质的结构有助于其功能。其他蛋白质的活性可以影响结构的修饰，例如在蛋白质形成三级形状后引起磷酸化的蛋白激酶。这些修饰可以逆转，以在活性和非活性形式之间切换蛋白质。通过使用化学支架来约束肽的结构，可以赋予肽一些蛋白质的二级结构。这扩展了肽作为药物的能力。

功能

蛋白质

蛋白质是组织和器官的结构和功能成分。蛋白质基本上是所有细胞功能所必需的，并且其功能也多种多样。    

酶催化并加速维持生命所需的反应。例如，DNA 复制需要多种酶，包括 DNA 聚合酶、DNA 引物酶、DNA 解旋酶、DNA 连接酶和拓扑异构酶。酶通常需要辅因子才能有效发挥作用。例如，酪氨酸酶依赖于其辅助因子铜，以促进产生色素黑色素的反应。

抗体，例如免疫球蛋白 G (IgG)，是通过识别和结合外来抗原来保护宿主免受病原体侵害的蛋白质。自身抗体是针对体内天然存在的蛋白质产生的抗体，可导致自身免疫性疾病。

结构蛋白，例如肌动蛋白，提供细胞和组织结构。同时，其他收缩蛋白，例如肌球蛋白，可以促进肌肉收缩。  

信使蛋白以旁分泌、自分泌和内分泌方式传递信号。几种生长因子是信使蛋白的例子。同时，蛋白质也是识别特定配体（信号分子）的受体，并通过启动一个或多个信号级联反应以及随后的生物反应来做出反应。

转运蛋白在整个细胞和细胞之间转运小分子。跨膜蛋白允许选择性地将分子转运进出细胞。

肽

虽然肽的功能可能不像蛋白质那样多样化，但它们对于生物功能来说是重要的。肽作为信号分子，包括神经肽、肽激素和多肽生长因子。

肽激素通过与膜结合受体结合在细胞之间传递信号。胰岛素是一种由胰腺β细胞分泌的肽激素，有助于葡萄糖的摄取和储存。  

催产素是一种由下丘脑神经元产生并由垂体分泌的神经肽，参与多种神经功能以及其他全身作用，例如预防心血管疾病。

肽生长因子，包括TGF-β，对于增殖、分化和许多细胞功能至关重要。  

疗法

一般来说，蛋白质越短，它就越不稳定。因此，肽在有效治疗传递方面比蛋白质存在更大的问题。 PODS 技术的开发是为了解决这些不稳定问题，并且已被证明可以使生长因子发挥持久作用来治疗软骨损伤。

蛋白质

蛋白质既是治疗策略的目标，也是治疗方法本身。 G 蛋白偶联受体 (GPCR) 可能是治疗中具针对性的蛋白质。这可能是由于它们涉及多种生理功能。  蛋白质本身也可以用作治疗剂。多种单克隆抗体对医学产生了革命性的影响，并已被开发用于治疗包括癌症在内的一系列疾病。例如，Keytruda 等免疫阻断抑制剂就是抗体。此外，生长因子等蛋白质药物已被开发用于再生应用。

肽

肽作为治疗药物最近受到了越来越多的关注，尽管自 1922 年引入胰岛素治疗 1 型糖尿病以来，肽就已被用于此目的。如今，已有超过 80 种肽药物可供选择。由于许多肽充当 GPCR 的配体，因此正在研究或目前有多种针对 GPCR 蛋白的肽疗法。肽在其他疾病领域也具有功效，特别是传染病，并且正在开发用于解决日益严重的抗菌药物耐药性问题。  

图片：免疫球蛋白超家族成员 8。图片来源：Alphafold

自由基与活性氧的区别

自由基、活性氧、氧化应激、氧化、抗氧化剂；这些术语在科学和非科学背景下都有使用，尽管它们的含义和彼此之间的关系经常令人困惑。这些分子具有非常重要的生物学作用。首先，让我们来解释一下这些术语。

自由基

自由基是任何具有不成对电子的分子物质，因此高度不稳定和反应性。通过贡献或接受电子，它们可以分别充当氧化剂或还原剂。自由基是由多种正常生物过程产生的，包括有氧代谢和致病防御机制。它们也可能是由于辐射、污染物和香烟烟雾等外部暴露造成的。

活性氧

活性氧（ROS）是含氧自由基的一个子集。一些最常见的活性氧包括羟基自由基、超氧阴离子和过氧化氢 (H 2 O 2 )。通过氧化磷酸化过程，线粒体是超氧阴离子和过氧化氢的最大产生者。代谢率高的细胞会产生更多的活性氧。活性氮 (RNS) 是非 ROS 自由基的一个例子。一氧化氮 (NO) 是最常见的 RNS，在L-精氨酸代谢过程中产生。

抗氧化剂如何发挥作用？

抗氧化剂可以对抗自由基，它们以两种不同的方式发挥作用。酶抗氧化剂的作用是将有害的 ROS 分解或转化为 H 2 0 2，然后转化为水。超氧化物歧化酶（SOD）催化两种超氧阴离子转化为过氧化氢和氧气。虽然过氧化氢也是一种活性氧，但它对细胞的毒性远低于超氧阴离子。随后，另一种酶抗氧化剂过氧化氢酶将 H 2 0 2进入水中。谷胱甘肽、维生素 E 和维生素 C 等非酶抗氧化剂通过直接与自由基反应发挥作用。例如，谷胱甘肽具有游离的巯基，是自由基攻击的一个有吸引力的目标。然后自由基被猝灭，氧化型谷胱甘肽被谷胱甘肽还原酶回收。

什么是氧化应激？

只要抗氧化剂和自由基之间存在不平衡，氧化应激就会发生，从而导致大量不受控制的反应性自由基物质的产生。氧化应激会导致 DNA、蛋白质和脂质受损，并产生巨大影响。 ROS参与类风湿关节炎、心脏和血管功能障碍以及癌症等多种炎症性疾病的发病机制。最近的一篇综述概述了 ROS 在肿瘤微环境中的作用。

然而，ROS 也参与多种生理过程。从生理学角度来看，ROS 是重要的信号分子，可促进细胞增殖、分化和成熟。 ROS在突触可塑性、免疫反应和免疫代谢、心肌功能和氧传感中发挥着重要作用。过氧化氢是多种激酶介导的信号通路的重要调节剂。同样，RNS在生理和病理机制中都有作用。

血清与血浆的区别及制备

并非所有科学家都知道血清和血浆之间的区别。那么让我们解释一下。除了红细胞、白细胞和营养物质外，血液还含有纤维蛋白原和凝血因子，当血液暴露在空气中时会导致凝血。这种凝血对于防止受伤后过度出血很重要。使用抗凝剂可以停止这些凝血成分的作用，从而防止形成任何凝块。

血浆和血清是不同的血液制剂，根据采集时的血样中是否添加抗凝剂而产生。添加抗凝剂以防止凝块形成很重要，例如，如果血液用于输血，以及制备用于细胞培养的血清。

血清和血浆是如何制备的？

等离子体

从全血开始，如果在采集后立即添加抗凝剂，则可以防止凝固，并且所有成分都保持悬浮状态。如果您不混合该血液样本，那么所有成分都会沉淀下来。较重的细胞会沉到底部。这会导致顶部出现透明液体。这个透明的上层是血浆，基本上是血液的所有成分减去细胞。在离心作用下，血浆和红细胞之间形成一层称为血沉棕黄层的白细胞。血浆保留纤维蛋白原。

血清

如果我们不添加任何抗凝剂，则凝血因子会促进凝块形成。这些含有纤维蛋白原作为凝血剂的凝块可以有效地从血浆中以固体形式去除红细胞。血清在血液中所占的比例比血浆更大，并且在研究中应用广泛。这至少部分是因为它可以更有效地去除不需要的红细胞，从而产生更多的每单位血液体积。

从血清和血浆中纯化外泌体。

只需通过Exo-spin™ 柱即可从血清和血浆中纯化外泌体。或者，可以在应用柱之前使用沉淀缓冲液处理血清/血浆样品。将样品与该缓冲液混合，然后离心，去除血浆和血清的许多成分，并允许在单个 Exo-spin™ 柱上纯化更多数量的外泌体。更多详细信息可以在我们的 Exo-spin™ 指南（查看各个产品）和外泌体资源页面中找到。