稅光厚：為什么要做脂質組學研究？

“精準分析”我們的成功故事系列

　　——寫在前面的話

　　“精準分析?量化釋能”——我們的成功故事系列欄目，是SCIEX幫助科學家們分享有意義的科學發現和研究成果的科普平臺。我們期待讓更多的人感受到科學和“質譜”的力量，”讓質譜改變每個人的生活”始終是SCIEX最美好的愿景。SCIEX非常榮幸能夠參與到這一系列有趣的科學發現過程中，客戶成功就是SCIEX的成功，所以，您讀到的是 “我們（SCIEX和客戶）的成功故事”。

　　本期科學家稅光厚，我們一起談談這些年迅猛發展的脂質組學(Lipidomics)。

　　稅光厚研究員 個人簡介

　　中科院遺傳發育所分子發育生物學國家重點實驗室研究員，博導，入選中科院"百人計劃”；現任中科院遺傳發育所所級公共技術中心主任； European J Lipid Sci Technol雜志編委；中國細胞生物學學會細胞代謝分會副會長，中國生物物理協會代謝生物學分會理事，中國病理生理學會內分泌與代謝專業委員會理事，中國抗癌協會腫瘤代謝專業委員會委員；作為大會主席已成功舉辦四屆Lipidall脂質代謝國際會議。長期從事前沿組學技術開發、功能性分子結構鑒定研發、代謝機制相關的研究工作。近年來在Science, Nature, Nature Med., Immunity, EMBO Mol Med, PNAS, Nature Comm，J Clin Invest, J Cell Biol, Redox Biol, Neurobiol Aging, Biochim Biophys Acta, J Biol. Chem, J Lipid Res等期刊發表120余篇關于代謝的論文，發表SCI論文總影響因子約800，被引用6600余次，H-index 45；目前的工作方向包括開發各類生物樣品的高通量、超高覆蓋率、超高靈敏度脂質組學、前沿代謝組學及代謝流技術，研究代謝調控機制、代謝異常和重大疾病的內在聯系等。

什么是脂質組學，脂質組學和代謝組學有什么區別？

　　這個問題的答案來自稅光厚老師在科學網blog：gshui的個人博客的置頂博文《脂質組學 vs 代謝組學》。推薦大家關注稅老師的blog，通過科學家的視角了解更多關于脂質組學、代謝組學研究的新發現新進展。

　　我們知道，代謝是生物體內各種化學反應的總稱，是動植物最為重要的生命活動之一；個體通過各種代謝調節來適應內外環境的變化，是生命活動的基本特征之一。“代謝組”是生物樣本中所有代謝物的集合。代謝物種類繁多（可能超過百萬種）、結構多樣, 在生物體內不同組織及體液中分布及濃度差異大。主要種類包括：脂類、氨基酸、有機酸、碳水化合物、核酸等。

　　“代謝組學”是系統研究代謝組的一門獨立學科，它提供了所有細胞過程的獨特生化指紋，可用于鑒定代謝生物標志物，從而闡明潛在的疾病機制，或預測對環境變化或外部干預的反應。

　　“脂質組學” 是系統研究脂質組的一門獨立學科， 作為大規模定性和定量研究脂類化合物并了解它們在不同生理、病理條件下的功能和變化的方法學, 能準確全面地提供生物樣品在不同生理條件下的全脂信息譜圖。

　　從以上定義可以看出，“脂質組學”實際上是“代謝組學”的一個分支。但是，由于脂類代謝(如血漿中約70%的代謝物是脂類) 是動植物的代謝中第一大類，是動植物代謝研究中最為關注的熱點，參與能量運輸、細胞間的信息通訊與網絡調控等生長發育過程中的必需事件。作為細胞膜和脂滴的主要組成成分，各種結構的脂類在廣泛的生物學過程，如信號傳導、運輸作用以及具有不同生化性質的生物大分子分選過程中，扮演著重要角色。隨著近年來脂質組學迅猛發展, 科學家們就逐漸將脂質組的研究即“脂質組學”從“代謝組學”中單獨劃分出來，現在我們所指的“代謝組學”一般就不再包括系統的脂質組分析了。

通過脂質組學研究，闡釋脂質代謝相關疾病的發病機理

　　“脂質是細胞膜和脂滴的主要組成成分，在廣泛的生物學過程，如信號傳導、運輸作用以及生物大分子分選過程中扮演著重要角色。對脂質的全面分析, 即脂質組學是了解細胞變化過程中脂質細微的動態變化以及致病機理的先決條件。脂質代謝紊亂和生殖發育缺陷及多種重大疾病如糖尿病、心血管疾病、脂肪肝、肥胖、癌癥、老年癡呆等重大疾病密切相關。脂質組成分的變化可直接反映生物體的生理和病理狀態，分析組織器官生長發育過程中脂質譜紋的變化及解析相關代謝調控網絡機制具有重要的生物學意義和臨床價值。

　　稅光厚老師領銜首創開發了基于MATLAB脂質組學領域的非靶向數據分析方法與軟件(FASEB J, 2006； J Lipid Res, 2007)，帶動和促進了非靶向脂質組學的發展。 非靶向脂質組學對于挖掘究生物樣品的質譜分析中低豐度離子的顯著變化、尤其是發現未知代謝物中具有不可或缺的作用，但在定性準確性及效率與定量方面仍面對巨大挑戰，并不適用于臨床大規模應用或系統生物學大樣本分析。

　　稅光厚老師團隊運用SCIEX QTRAP?質譜開發了一系列適用于生物樣本的多種物種的高覆蓋脂質組的快速靶向定量分析模式（EMBO Mol Med, 2012； PNAS, 2013； J lipid Res, 2014； Neurobiol Aging, 2014； Redox Biol, 2017, Anal Chim Acta,2018），可對全面的脂質庫進行準確、可靠的定量分析， 并成功應用于一系列生物醫學的基礎和臨床的重要研究中（PNAS, 2009, 2012, 2018, 2019；JCI, 2011； Nature, 2014； Nature Medicine, 2012； Molecular Cell, 2012； 2014； Immunity, 2013； Cell Res, 2016； Development Cell, 2017； Science, 2018； EMBO J, 2018； Nature Comm., 2018）；近10年來已經發表100余篇SCI論文，總影響因子超過800。

基于LC-MS/MS建立定量脂質組分析方法的一般工作流程

（Lam SM, Tian H, Shui G*. BBA-Mol Cell Biol L 2017脂質組學專刊封面文章）

掀起脂質的“神秘面紗”

　　近幾年，越來越多研究者認識到除了蛋白質，脂質分子在生命體中也發揮重要作用。脂質，是一類自然界存在的疏水或兩性的有機物小分子。由“脂質代謝途徑研究計劃”（Lipid Metabolites and Pathways Strategy，LIPID MAPS)資助的國際脂質分類與命名委員會提出的脂質分類系統，將脂質大體分為八大類：

常見主要大類脂質的代表結構式

（Lam SM, Shui G*. J Genet Genomics 2013. 脂質代謝專刊封面文章）

　　在剔除雙鍵位置異構體，立體結構異構體和sn-構型異構體情況下，根據常見脂質分子組成模塊預測真核細胞內部至少有180,000種脂質類化合物。脂質結構的多樣性賦予了其多種重要的物理和生物功能：作為細胞膜的重要組成部分，不僅維持細胞膜結構穩定，并且參與調節包括物質運輸、能量轉換、信息識別與傳遞、細胞發育和分化以及細胞增殖與凋亡在內的諸多生命活動過程。

　　美國等發達國家都在國家層面部署了規模性項目脂質組學計劃，分別已建立聯合型的脂質組學研究機構，其中影響力最大的是上文提到的美國的LIPID MAPS項目，獲得美國NIH的多期支持的研究項目，取得了非常有影響的成果。

　　我國尚未開始開展類似的注重于聯合型的規模性的研究，但近年來眾多科研院校都意識到脂質組學的重要性，紛紛組建了各具特色的脂質組學平臺，促進了我國脂質組學的發展。

脂質組學的一般研究流程

　　脂質組學分析流程主要包括生物樣本中脂質的提取、分離分析以及相應的數據分析等。

脂質組分析流程

（Lam SM, Shui G*. J Genet Genomics 2013. 脂質代謝專刊封面文章）

質譜分析技術助力脂質組學研究應對挑戰，奮勇向前探索未知

　　質譜技術的進步極大地推動了脂質組學的快速發展，朝著準確定性、定量的最終目標邁進，這是脂質組學作為一門新興組學技術分支不斷增長和擴展的關鍵決定因素。脂質組學出現及發展推動了脂質分析平臺的研發，特別是在質譜技術進步，已經使眾多脂質分子分析成為了可能，但在未來脂質組發展依然有如下挑戰需要面對：

　　◆ 如何在縮短分析時間的同時，最大限度地提高脂質覆蓋率和定量準確度；

　　◆ 如何實現復雜脂質同分異構體（包括復雜脂質脂肪酸鏈的雙鍵精確位置）的準確定性與定量；

　　◆ 如何通過以下途徑，從脂質組生成的大數據中獲得有生物學意義的模式：以代謝通路為導向的分析方法涵蓋連接脂質和非脂質代謝物關鍵代謝分支定制的生物信息學方法，實現直接和快速代謝通路波動數據可視化等。

脂質組定量準確度的轉變

（Lam SM, Tian H, Shui G*. BBA-Mol Cell Biol L 2017脂質組學專刊封面文章）

稅光厚課題組火熱招聘中——研究人員和博士后

　　如果您對于生命科學有興趣，熱愛科學研究，充滿責任感使命感；有代謝組學、脂質組學、液質、氣質等方面的研究經驗；擁有良好的中英文科學論文寫作能力；又剛剛好擁有相關專業博士學位(基本條件)。需要您協助課題組長申請并參與課題研究，并且能夠獨立申請并開展課題研究任務（基本職責）。

　　請將您的相關實力證明材料郵件至 ghshui@genetics.ac.cn

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