脂质组学简介与应用

脂质组学简介与应用脂质组学脂类是生物体中最重要的物质之一，其在生物结构、能量储存、信号转导等方面发挥着不可替代的作用。截至2018年1月，在LIPIDMAPS数据库中已列出了40,000多种脂质，之后这个数量还会不断上升，因此对这些脂质进行系统研究是非常有必要的。脂质组学是系统研究脂质组的一门独立学科，作为大规模定性和定量研究脂类化合物并了解它们在不同生理、病理条件下的功能和变化的方法学,能准确全面地提供生物样品在不同生理条件下的全脂信息谱图。由于脂类代谢是动植物的代谢中的第一大类，随着近年来脂质组学迅猛发展,科学家们将“脂质组学”从“代谢组学”中单独划分出来，与基因组学和蛋白质组学一样成为一个独立学科。脂质组学研究步骤脂质的提取和分离两种方法通过使用不同比例的氯仿/甲醇溶剂将脂质分离成有机相：Folch法（氯仿：甲醇=2：1）和Bligh和Dyer法（氯仿：甲醇=1：2）。为了避免极性较高的脂质物质在双相脂质提取方法中分散到水相中的损失，可使用单相脂质提取法。单相提取方法可以促进极性脂质的提取效率。提取后，通常通过薄层色谱法（TLC）、气相色谱法（GC）和高效液相色谱法（HPLC）等各种色谱方法分离脂质，或者可以将脂质直接注入质谱仪中进行检测分离。脂质检测光谱法：红外光谱色谱法：高效液相色谱法、气相色谱法质谱法：质谱、液相色谱-质谱联用法、气相色谱-质谱联用法、多级质谱联用核磁共振波谱法脂质定量绝对定量针对少数已知或假设的脂质，加入相应标记的内参，通过对峰强度或峰面积的比较来对单个脂质的丰度进行精确定量相对定量脂质种类较多时，可使用一种脂质内参代表一类脂质，或只使用一种外源脂质分子作为相对定量标准数据分析策略手动注释与标准品内参或已知数据比较（峰面积、质荷比、保留时间），结合相关知识背景，对目标物质进行定性与定量借助计算机平台当脂质种类较多或样品较为复杂时，手动注释基本不具备可行性，所以通过脂质质谱数据已经开发出多种用于脂质研究的软件相关软件免费软件1、LipidNavigator，是一个高通量网页工具,可采用各种类型的原始脂质质谱数据库自动分析磷脂。2、TriglyAPCI，可以用来解析甘油三酯的APCI-MS图谱3、Brown，此软件通过演算法对数据进行规范化处理,可以对不同质谱和不同重复获得的数据进行统计学比较开源软件1、SECD，分析从色谱数据获得的谱图2、LIMSA，脂质质谱分析，进行基于MS/MS谱图的数据分析3、Mzmine，可以进行数据处理和制图,并且可以通过演算法进行波谱过滤、峰采集、二维图形可视化、校正和规范化等。数据库HMDB()该数据库是目前收录人源代谢物最全的数据库之一。数据库内的数据涵盖以下三类：a.化学数据，b.临床数据，c.分析生物学和生物化学数据。水溶性和脂溶性代谢物均收录其中。数据库KEGG()该数据库的构建旨在了解生物系统（如细胞，组织等）中基因、蛋白及代谢物的功能及相互作用关系。可以查询到与代谢物相关的代谢通路、人类疾病及药物研发等信息。该数据库的代谢物及代谢通路涉及两大类：真核生物（动物、植物、真菌及原生生物）和原核生物（细菌、古细菌）。数据库LIPIDMAPS()这是是一个多组织联盟，旨在利用系统生物学方法、质谱方法等鉴定、定量生物体内的脂质，揭示多种生命活动、环境变化带来的脂质变化。目前已经收录了4万种脂质，涉及到人、小鼠、植物、细菌、真菌等。数据库植物代谢网络（ThePlantMetabolicNetwork，PMN）PlantCyc()是它的主要组件之一。它包含计算分析的基因信息、蛋白酶信息、化合物信息、化合反应和初级、次级代谢产物等信息。目前收集了包括番茄在内的350种植物、1200条Pathway对应5503个化合物的信息。数据库应用细胞脂质组学像转录组和蛋白质组一样，细胞脂质组在各种刺激和生理条件下会发生重塑。例如，巨噬细胞活化是许多疾病发展过程中的关键步骤，在此过程中脂肪酸去饱和和延伸酶受到强烈诱导，脂质组分析发现磷脂酰乙醇胺缩醛磷脂中的多不饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸相应降低和增加，这为为巨噬细胞的活化提供一种脂质特征指标。对小鼠肝脏分离的细胞核和线粒体进行脂质组学研究，发现线粒体脂质组比核脂质组表现出更多的时间波动。应用血浆脂质组学日常生理条件如空腹和进食、遗传背景和疾病可改变血浆脂质浓度和组成。通过对血浆脂质组进行检测，可确定人体的健康状况。例如：24-羟基胆固醇主要在大脑中合成，循环系统中可检测到的24-羟基胆固醇仅来源于脑。与健康个体相比，虽然总胆固醇水平不变，但阿尔茨海默氏病和血管性痴呆患者的血浆中24-羟基胆固醇明显更高。应用由于脂质在人体新陈代谢中发挥一些关键作用，而且在一些观察到的病理条件下脂质组发生重塑，因此监测个体脂质组可用于评估疾病进展。人类体液可以很容易地监测脂类丰度，包括血液，眼泪，尿液，羊水和脑脊液。此外，这些液体大多数可以通过非侵入性或微创手术收集，表明利用体液中的脂质代谢物作为生物指标有着非常好的前景。应用植物脂质组学脂质在植物体内也发挥着非常重要的作用对于陆生植物来说，角质层（防止水分散失，阻止病原体入侵）是其必不可少的结构，利用脂质组学对植物角质层进行研究有助于进一步理解植物的干旱适应机制，为抗逆性作物的培育提供帮助。另外，植物油脂的脂质组学研究在食用油检测和油料作物育种中可发挥重要作用。脂质是六大营养素之一，食品脂质组学可用于检测食品质量，改善食品营养成分脂质组学面临的挑战1、目前的提取方法不能适用于所有脂质2、脂质种类繁多，结构复杂，对相关检测技术（色谱、质谱）提出很高的要求3、由于标准品难以制备，一些脂质的绝对定量难以实现4、脂质大多不溶于水，难以进行酶活实验，为相关代谢通路的研究带来困难谢谢