解锁谱领生物亲水版非靶向代谢组学技术
代谢物理化性质的高度多样性（涵盖极性、稳定性、分子量等多维度差异），本质上决定了没有任何一种单一方法能够全面覆盖整个代谢组。反相液相色谱（RPLC）因其出色的稳定性和易用性，成为使用最为广泛的色谱分离技术，也是非靶向代谢组学的常用色谱分离模式。然而，RPLC因其主要对非极性或中等极性的化合物如脂质、脂肪酸、酰基肉碱、芳香氨基酸、肽和蛋白质具有色谱保留，而极性化合物在非常短的色谱死体积时间内进入质谱，造成大量化合物因基质效应、离子源内裂解而无法被有效检测，导致代谢组学结果具有严重的偏向性。最典型的现象就是常规RPLC非靶向代谢组学富集到的代谢通路通常是脂代谢，主要原因在于这些亲水性代谢物未被检测到。生物学上具有重要意义的亲水性代谢物，如中心碳代谢或糖代谢（包括糖酵解、戊糖磷酸途径、三羧酸循环、卡尔文循环等）、氨基酸和核苷酸等物质，在常规的RPLC非靶向代谢组学结果中往往出现技术性消失。然而，这些技术性消失的亲水性代谢物如乳酸（Lactic acid）、葡萄糖-6-磷酸（Glucose 6-phosphate）、2-羟基戊二酸（2-Hydroxyglutaric acid）、谷氨酰胺（Glutamine）、三羧酸循环代谢物、氨基酸和核苷酸等在肿瘤代谢中具有决定性的意义。而亲水作用色谱（Hydrophilic Interaction Liquid Chromatography, HILIC）恰好覆盖了亲水性代谢物的色谱分离，按极性递增的顺序洗脱，从而能够鉴定出糖酵解、三羧酸循环、戊糖磷酸途径、核苷酸、氨基酸、酰基肉碱、多胺、肽、NAD、NADP以及脂肪酸和磷脂等物质。
同样，从下图可清晰观察到两种非靶向代谢组学平台在通路富集上的差异偏好：RPLC代谢组学富集分析，其显著富集的通路主要集中在脂质代谢领域，如花生四烯酸代谢、α-亚麻酸 / 亚油酸代谢、甘油磷脂代谢等，表现出高度显著性，是该平台的核心富集方向；由于RPLC色谱主要分离疏水性代谢物如脂质，总体上也就决定了为什么RPLC非靶向代谢组学（当前常规代谢组学技术）富集到的主要代谢通路是脂代谢。而HILIC非靶向代谢组学不仅富集到脂代谢，而亲水性代谢物相关代谢通路则得到突出性富集，如糖酵解、糖异生、Warburg瓦博格效应、精氨酸和脯氨酸代谢等，体现出HILIC平台的独特优势。
HILIC非靶向代谢组学技术与RPLC代谢组学技术是两种互补的代谢组学技术，其作用甚至比常规RPLC代谢组学技术更加重要。HILIC非靶向代谢组学技术弥补了常规RPLC非靶向代谢组学技术的不足，显著促进了非靶向代谢组学技术的代谢物覆盖面，使得代谢组学的无偏向性更加具体和真实。制约HILIC非靶向代谢组学技术应用的主要原因在于HILIC色谱的作用机理复杂，稳定性不足，成本高。谱领生物始终专注于代谢组学技术研发，建立了成熟的HILIC色谱技术系统解决方案。不仅对常规的亲水性代谢物分离检测驾轻就熟，而且对具有高度挑战性的糖酵解、戊糖磷酸途径以及核苷酸等含磷酸代谢物的检测更加得心应手。
客户案例分享
1. 细胞HILIC非靶代谢组学
标题：Dysregulated Gln-Glu-α-ketoglutarate axis impairs maternal decidualization and increases the risk of recurrent spontaneous miscarriage
客户单位：上海市第一妇婴保健院
期刊：Cell Reports Medicine
发表日期：2023.5.16
项目：子宫内膜基质细胞HILIC非靶向代谢组学
为证明子宫内膜基质细胞蜕膜化缺陷是复发性自然流产（RSM）的潜在诱因，作者针对配对的子宫内膜基质细胞（ESC）与分化的子宫内膜基质细胞（DESC）样本进行HILIC非靶向代谢组学分析，共检测到108种差异代谢物。KEGG和GO通路分析显示，主要富集于L-谷氨酰胺和L-谷氨酸代谢、谷胱甘肽代谢、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、氨酰-tRNA 生物合成等，DESC中谷氨酸（Glu）水平较ESC显著降低，后续通过核磁共振（NMR）验证了体外蜕膜化后Glu水平下降、Gln水平稳定的结果；进一步检测发现，DESC 中谷氨酰胺分解代谢相关酶（GLS1、GLUD1、GOT2、GPT2、SDHB）均上调，提示该代谢通路被激活，与非靶向代谢组学发现一致。
2. 肝脏组织HILIC非靶代谢组学
标题：Essentiality of SLC7A11-mediated nonessential amino acids in MASLD
客户单位：浙江大学医学院转化医学研究所第一附属医院
期刊：Science Bulletin
发表日期：2024.9.19
项目：肝脏HILIC非靶向代谢组学
为探究非必需氨基酸（NEAA）转运蛋白SLC7A11在代谢功能障碍相关脂肪肝病（MASLD）中的关键作用，作者对蛋氨酸-胆碱缺乏饮食（MCD）的Slc7a11-LTG小鼠及对照小鼠的肝组织进行HILIC非靶代谢组学分析，发现非靶向代谢组学在半胱氨酸、甲硫氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸相关通路显著富集。后续通过靶向代谢组学检测发现，Slc7a11-LTG-LPKO小鼠及MCD喂养的Slc7a11-LTG小鼠中，精氨酸、丝氨酸、苏氨酸等氨基酸水平显著降低，另外细胞实验证实丝氨酸可抑制脂肪酸诱导的脂质积累，利用15N-谷氨酰胺同位素标记实验结果表明，细胞质中谷氨酸水平下降可能是丝氨酸水平降低的标记。相关结果均基于非靶向代谢组学的核心发现展开验证。
3. 小鼠视网模HILIC非靶代谢组学
标题：Integrated Metabolomics and Transcriptomics Reveal Metabolic Patterns in Retinaof STZ-Induced Diabetic Retinopathy Mouse Model
客户单位：上海市第一人民医院
期刊：Metabolites
发表日期：2022.12.09
项目：小鼠视网模HILIC+GC-MS非靶向代谢组学
为探究糖尿病视网膜病变的潜在干预靶点，作者通对糖尿病小鼠视网膜的转录组-代谢组进行整合分析，采用UHPLC-MS/MS和GC-MS技术对糖尿病小鼠视网膜进行代谢组学分析，发现对照在小鼠视网膜中共鉴定出417种代谢物，结果显示，葡萄糖、果糖-6-磷酸、果糖-1,6-二磷酸、乳酸、异亮氨酸、亮氨酸和鸟氨酸等68种代谢物显著升高，而脯氨酸、色氨酸等77种代谢物则显著降低，瓦博格效应（Warburg Effect）通路，缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解通路及三羧酸循环通路等被显著富集。将非靶代谢组学的结果与小鼠视网膜转录组的结果联合分析，糖尿病视网膜病变代谢组学中富集的50条代谢通路，其中16条代谢通路存在71个代谢酶相关基因的转录水平差异表达。更值得注意的是，视黄醇代谢和色氨酸代谢在差异代谢物集富集分析和差异基因富集分析中同时识别。总体而言，这些结果表明糖尿病小鼠视网膜中与代谢相关的基因在转录水平上发生了改变。
质量保障：使用保留时间或保留指数、MS1 和MS2 信息进行物质鉴定，并辅助人工复核和解谱，定性精准。
高稳定性：经验丰富，单批次300 例以上样本项目确保数据质量始终如一，多批次样本完美整合。
定量更准：使用多达数十种同位素内标进行准确校正，告别粗糙数据，无需再进行靶向定量验证。
高准确性：自建6500+ 内源性代谢物标品数据库+ 商业数据库+ 公共数据库，多达数十万种代谢物数据库。
与常用的RPLC非靶代谢组学技术相反，基于亲水作用色谱（HILIC）的色谱分离技术与超高分辨率的质谱技术联用，对复杂样本具有无比优秀的亲水性物质解析能力。该方案非常适合于研究初级代谢，如糖酵解、三羧酸循环、戊糖磷酸途径相关物质、核苷酸、氨基酸、多胺、肽、NAD、NADH、NADP、NADPH等物质、以及部分脂肪酸和磷脂等，因此是细胞、组织和微生物研究的理想工具，已成为生理病理研究尤其是肿瘤代谢研究的热门代谢技术。由于该技术方法开发难度高，因此在市场上极其鲜见。谱领生物经过十多年的技术沉淀，HILIC非靶向代谢组学解决方案已处于领先位置，技术成熟稳定，成为公司的一大特色技术服务产品，为多个高水平科研成果提供了经得起时间检验的高质量数据。
