在系统生物学研究中，代谢组学作为连接基因组、转录组和蛋白组的重要桥梁，正逐渐成为解析生命活动机制的关键工具。其中，非靶向代谢组学以其覆盖范围广、发现能力强的优势，被广泛应用于疾病机制研究、生物标志物筛选以及药物研发等领域。而质谱技术凭借其高灵敏度和高分辨率，成为非靶向代谢组学分析的核心技术平台。本文将系统梳理基于质谱的非靶向代谢组学完整工作流程，帮助科研人员深入理解关键技术环节及其优化策略。

一、什么是非靶向代谢组学？

非靶向代谢组学是指在不预设目标代谢物的前提下，对样品中尽可能多的小分子代谢物进行全面检测与分析。这种方法强调全局扫描，能够发现未知代谢物及潜在的生物标志物。

与靶向代谢组学相比，其核心特点包括：

• 覆盖代谢物种类更广
• 不依赖预先定义的代谢物列表
• 更适用于探索性研究

二、基于质谱的技术优势

质谱技术在非靶向代谢组学中的优势主要体现在以下几个方面：

1、高灵敏度与动态范围

能够检测低丰度代谢物，适用于复杂生物样本（如血浆、组织、细胞裂解液等）。

2、高分辨率与精确质量测定

高分辨质谱（如Orbitrap或TOF）可以实现亚ppm级质量精度，有助于代谢物鉴定。

3、多平台兼容性

常与色谱技术联用，包括液相色谱-质谱联用（LC-MS），气相色谱-质谱联用（GC-MS）。

1、实验设计

合理的实验设计是成功的基础，主要考虑样本分组（对照 vs 实验组），生物学重复数（建议≥5），随机化与批次效应控制，质控样（QC样本）设置。

关键点：

避免系统误差，提高统计学显著性。

2、样本采集与前处理

样本处理直接影响数据质量，是最关键的步骤之一。常见样本类型包括血清/血浆，尿液，组织样本，细胞培养物。

处理流程包括：

• 快速终止代谢（如液氮冷冻）
• 蛋白沉淀（常用甲醇或乙腈）
• 离心与上清收集
• 干燥与重溶

注意事项：

• 避免反复冻融
• 保持操作一致性
• 控制温度（通常在4°C或更低）

3、色谱分离

由于代谢物种类复杂，单一分析方法难以覆盖所有代谢物，因此需要优化分离策略。

常见方法：

• 反相液相色谱（RPLC）：适用于疏水性代谢物（如脂类）
• 亲水相互作用色谱（HILIC）：适用于极性代谢物（如氨基酸、有机酸）
• 气相色谱（GC）：适用于挥发性或可衍生化代谢物

多种色谱方法组合使用可以显著提高代谢物覆盖度。

4、质谱数据采集

质谱数据采集模式决定了后续数据分析的深度。常见扫描模式包括全扫描（Full Scan），数据依赖采集（DDA），数据非依赖采集（DIA）。

• 离子源类型（ESI/APCI）
• 正负离子模式切换
• 分辨率设置
• 碰撞能量（用于MS/MS）

高分辨质谱平台能够提供更丰富的碎片信息，从而提高代谢物鉴定的可靠性。

5、数据预处理

原始数据需经过标准化处理才能用于统计分析。主要步骤包括峰提取、保留时间校正、峰匹配、数据归一化。

常用软件工具包括：

• XCMS
• MZmine
• Compound Discoverer

6、统计分析

通过多变量统计方法筛选差异代谢物。常用方法包括主成分分析（PCA），偏最小二乘判别分析（PLS-DA），火山图分析（Volcano Plot）。

筛选标准：

• VIP值（>1）
• p值（<0.05）
• Fold Change（FC）

7、代谢物鉴定

这是非靶向代谢组学中最具挑战性的步骤。

鉴定依据：

• 精确质量（m/z）
• 碎片离子信息（MS/MS）
• 保留时间
• 数据库比对

通常采用多证据整合的策略提高鉴定置信度。

8、通路分析

将差异代谢物映射到代谢通路中，以解释生物学意义。常用工具包括MetaboAnalyst，KEGG Pathway。分析结果可揭示代谢网络变化，关键调控通路，疾病相关机制。

基于质谱的非靶向代谢组学工作流程涉及多个关键环节，从实验设计到数据解析，每一步都直接影响最终结果的可靠性与生物学解释能力。随着高分辨质谱技术和生物信息学算法的不断进步，该领域正向更高通量、更高准确性方向发展。在实际研究中，构建稳定、可重复的分析流程至关重要。百泰派克生物科技依托先进的高分辨质谱平台和成熟的数据分析体系，能够为科研人员提供从样本处理到数据解读的一站式非靶向代谢组学解决方案，助力高质量科研成果产出。

百泰派克生物科技特色项目

一、蛋白测序

百泰派克生物科技使用Thermo公司新推出的Obitrap Fusion Lumos质谱仪及岛津公司埃德曼降解测序系统对蛋白质序列进行分析，提供基于质谱的蛋白测序分析服务，包括对蛋白质的氨基酸组成分析，N端测序，C端测序和全序列分析，以及基于埃德曼降解的蛋白质N端序列分析服务。对于未知理论序列的蛋白质，提供基于从头测序法的蛋白质从头测序服务，对蛋白序列进行分析。

※服务优势：

1.采用目前世界上先进的质谱仪器 Obitrap Fusion Lumos;

2.可实现对所测定靶蛋白序列 100% 的覆盖;

3.可测定蛋白N端多达 70个氨基酸序列;

4.可测定多种形式的样品: 蛋白溶液、PVDF 蛋白条带;

5.样品用量低: 蛋白样品仅需 5-10ug，即可完成检测;

6.测序不受N端封闭，PEC和和糖基化等N端修饰的影响。

二、蛋白质组学

百泰派克生物科技采用Thermo Fisher的Orbitrap Fusion Lumos质谱平台结合Nano-LC，提供定量蛋白质组学、靶向蛋白质组学、多肽组学、翻译后修饰蛋白组学等多种蛋白质组学分析服务。此外，百泰派克生物科技新推出基于timsTOF Pro的4D蛋白质组学服务，助力微量样本蛋白组学、大样本群医学及高通量修饰组学等研究工作。

※服务优势：

1 .高通量定量蛋白分析:多对照组大规模实验分析，发现新的生物标记物;

2.体内体外多种蛋白质标记方法，适用于分析组织、细胞、血液等多种样品;

3.质谱分析灵敏度高，实验结果重复度高;

4.可检测较低丰度蛋白，线性范围广;

5.专业生物信息学分析，分析更系统准确。

三、单细胞质谱流式技术分析

百泰派克生物科技采用Fluidigm质谱流式系统进行单细胞质谱流式技术分析，采用金属元素标记物（通常是金属元素标记的特异抗体）标记细胞表面和内部的分子，然后用流式细胞原理分离单个细胞，再用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析单个细胞的原子质量谱，最后将原子质量谱数据转换为细胞表面和内部的信号分子表达量。

※服务优势：

1.技术先进，填补技术空白

采用金属标记抗体技术，避免了传统流式荧光通道少且易相互影响的问题。可在单细胞层面上对多种指标同时进行表征，百泰派克生物科技可做到同时检测51个目标蛋白。

2.分析数量大，成本较低

单细胞RNAseq受成本等因素限制，所有样本细胞汇总的分析数目一般在2x10^4个左右，而流式质谱技术一次（单样本）就可分析至少10^5的细胞，实现了数量级的提高，且成本不高于单细胞RNAseq。

3.应用前景大

①流式质谱结果可以给出细胞亚群的变化，在临床诊断、疾病机制研究等方面具有极大的研究前景；

②将金属标签技术与其他技术结合会有新应用方向。除常规蛋白外，质谱流式细胞技术还可用于蛋白翻译后修饰；

③可检测细胞存活率、细胞大小、mRNA转录子表达量、DNA合成速率以及蛋白酶活性等。

四、基于高精度质谱的免疫多肽组学分析及新抗原发现

百泰派克生物科技的基于高精度质谱的免疫多肽组学分析及新抗原发现一站式解决方案包括我们专有的、高度敏感的免疫肽富集和鉴定方案。我们能够帮助您实现10,000个以上I型多肽和10,000个以上II型多肽的鉴定和识别。通过我们优化的高通量免疫多肽组学分析平台进行免疫肽组学分析，可从最小的样品材料中进行可重复的识别和定量。该服务可以应用于大规模的研究，旨在助力科研工作者寻找癌症、免疫疾病及传染病的解决方案，深入挖掘未知的靶标。

五、生物药物表征

百泰派克基于高分辨率质谱技术，MALDI TOF，高效色谱分离技术，提供一系列完善的生物药物分析方案，从蛋白质、多肽、抗体、疫苗等生物制品的氨基酸组成和一级结构分析，到产品变异性和纯度分析。旨在提供优质生物药物分析服务，帮助生物医药生产商提高生物药物品质。

百泰派克生物科技七大检测平台

百泰派克生物科技-生物制品表征，生物质谱多组学优质服务商

北京百泰派克生物科技有限公司致力于为生物/制药和医疗器械行业提供质量控制检测和项目验证等专业服务。公司实验室遵循NMPA、ICH、FDA和EMA等的法规和指导原则，通过CNAS/ISO9001双重质量体系认证，建立了完备的质量体系，数据冷热/异地备份，设备定期计量/期间核查，软件审计追踪，为客户提供一体化解决方案和技术服务，支持新药研发、药物申报注册和生产放行。

1.公司采用ISO9001质量控制体系，专业提供以质谱为基础的CRO检测分析服务；

2.获国家CNAS实验室认可，为客户提供符合全球药政法规的药物质量研究服务；

3.业务范围覆盖蛋白质组学、多肽组学、代谢组学、生物药物表征、单细胞分析、单细胞质谱流式、生信云分析以及多组学生物质谱整合分析等；

4.七大质量控制检测平台，满足您一站式服务需求；

5.服务3000+企业，10000+客户的选择；

6.致力于为您提供优质的生物质谱分析服务!

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