脂质组学分析的主要仪器方法

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脂质组学分析的主要仪器方法

1脂类化合物及脂质组学的研究意义

脂类化合物通常被定义为自然界中存在的一类难溶于水、易溶于有机溶剂的小分子化合物，是

生物体内非常重要的物质。作为构成生物膜的主要成分，脂类化合物具有分子多样性和多种生

物功能，包括为蛋白质相互作用提供合适的环境、储存能量、作为重要的信使分子等。国际脂

质分类和命名委员会（International Lipid Classification and Nomencla-ture Committee）给出的脂

质类化合物定义为：全部和部分来自基于负碳离子的硫酯缩合（脂肪酰类、甘油脂类、甘油磷

脂类、鞘脂类、糖脂类和聚酮化合物）和/或基于正碳离子的异戊二烯缩合（异戊烯醇类和固

醇类）的疏水性或两性小分子[1].这一定义将脂类化合物分为 8大类型，每个类型又可根据极

性头基的不同分为不同的亚类，每一亚类又可进一步根据碳链的长度和不饱和度细分为不同的

分子种属，这就构成了脂类化合物的三级分类系统。脂质代谢通路战略（LIPID MAPS）联合

会也采用这一定义[2],目前 LIPID MAPS 的数据库中包含了 4万多个脂类化合物[3].

脂类化合物与细胞凋亡、信号传导、疾病感染、免疫功能，以及胎儿代谢缺陷都密切相关[1],

脂类化合物的代谢还与糖尿病[4]、肝癌[5]、肾病[6]、乳腺癌[7]密切相关。随着研究的深入和

各种组学的出现，有关学者于 2003 年提出了脂质组学（lipido-mics）的概念[8].所谓脂质组学

就是对脂质分子种属及其生物功能的全面描述，主要研究与蛋白质表达有关的脂质代谢及其功

能[9].因此，脂质组学的研究属于生命科学的范畴，与人类的健康密切相关。目前，脂质组学

已成为代谢组学最重要的分支之一，且是一个非常活跃的研究领域，尤其在疾病研究方面的重

要性已经引起了科学界的广泛关注[10],论文发表数量逐年增加（见图 1）。最近有科研人员研

究了肥胖症[11]、动脉粥样硬化[12]、脑脊髓液[13]、代谢综合征[14]和脑癌[15]的脂质组学。

植物脂质组学的研究也有报道[16].随着特定的脂类生物标志物的发现和确认以及新的数据处理

软件的发展，脂质组学在生物医学研究中已被用于药物活性和治疗效果的评价以及某些疾病的

早期诊断[10].

2 脂质组学分析的主要仪器方法

脂质组学是典型的交叉学科，图 2是其研究工作流程[1].一般分为 3步：（1）明确生物医学问

题；（2）脂质组学分析，包括取样和样品制备、分离鉴定和数据处理；（3）结果解析，获得

脂类化合物相关的图 2脂质组学研究工作流程 Fig. 2 Workflow of lipidomics research 代谢通路，

筛选生物标志物。其中非常重要的部分是脂质组学分析，它为最终研究结果提供关键的数据。

生物功能解析则要借助于生物信息学、病理学、临床数据和计算机软件等工具来实现。

脂类化合物种类繁多，生物样品基质复杂，故脂质组学分析需要借助先进的分离技术和检测手

段。目前主要采用各种色谱技术，包括薄层色谱（TLC）法、气相色谱（GC）法、毛细管电泳

（CE）法、超临界流体色谱（SFC）法、高效液相色谱（HPLC）法和各种质谱（MS）技术，

以及色谱-质谱联用技术。核磁共振（NMR）、红外光谱和拉曼光谱用得较少，主要原因是这

些技术的分离能力有限，对脂类化合物的检测灵敏度尚不能令人满意，且定性能力也

不强[17,18].脂质组学分析主要涉及样品处理、轮廓分析、目标分析、成像分析，以及数据处

理。下面主要围绕色谱和质谱技术来讨论脂质组学分析中的仪器和方法。

2.1 样品处理（sample preparation ）

脂类化合物的分析首先要从复杂的基质中将脂类物质提取出来，以保证后续分析的成功。全脂

质化合物的最常用提取方法是Folch 等[19]提出的氯仿甲醇提取法。近年来也有改进这一方法

的报道[20-22].改进的方法在一定程度上缩短了提取时间，提高了某些脂类化合物的提取效率，

但是样品处理通量还是不能令人满意。因此，近年来人们也在研究用固相萃取（SPE）、微波

辅助提取（MAE）、超临界流体萃取（SFE）和加压流体萃取（PFE）等技术来处理脂类样品

[23],以期借助自动化提高样品处理通量。总之，目前脂类化合物分析中样品处理还是多用传统

的液液萃取方法，因为这些萃取方法对大部分脂类化合物有较好的萃取效率。自动化萃取多用

仪器方法，虽然萃取时间可以大为缩短，但对不同脂类化合物的普适性还有待提高，这方面仍

然需要进一步研究。

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摘要：

脂质组学分析的主要仪器方法1脂类化合物及脂质组学的研究意义脂类化合物通常被定义为自然界中存在的一类难溶于水、易溶于有机溶剂的小分子化合物，是生物体内非常重要的物质。作为构成生物膜的主要成分，脂类化合物具有分子多样性和多种生物功能，包括为蛋白质相互作用提供合适的环境、储存能量、作为重要的信使分子等。国际脂质分类和命名委员会（InternationalLipidClassificationandNomencla-tureCommittee）给出的脂质类化合物定义为：全部和部分来自基于负碳离子的硫酯缩合（脂肪酰类、甘油脂类、甘油磷脂类、鞘脂类、糖脂类和聚酮化合物）和/或基于正碳离子的异戊二烯缩合（异...

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