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代谢组学技术 | GC-MS非靶向代谢组学原理及应用
GC-MS非靶向与代谢组学的关系？
代谢组学是运用多种技术手段，研究生物体系中小分子代谢物（包括氨基酸、糖和磷酸糖、生物胺和脂质等）的种类、数量及变化规律的科学，是系统生物学的重要组成部分。其中GC-MS非靶向代谢组学是对生物体内源性代谢物进行系统全面的分析平台。气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术因为其较为成熟、分辨率高、灵敏度高、重现性好，拥有大量标准质谱图数据库的特点，被大量地运用在植物、动物、微生物的研究中。随着信息科学和分析技术的发展，运用GC-MS非靶向代谢组学研究疾病机制和发现药物靶点的方法日趋成熟，其重要性也日益凸显。GC-MS非靶向代谢组学也在肿瘤、代谢性疾病等药物靶点、疾病机制研究和药物靶点发现中提供重要参考和启示。
GC-MS实现复杂代谢物的分离检测
GCMS是利用待分离的各物质之间在两相之中的分配系数，吸附能力以及熔沸点等理化性质进行分离，然后进入质谱检测器进行检测的这么一个过程，它具有高分辨，较宽的动态范围以及一定的扫描速度，用于有效定量定性分析一些复杂代谢组学样品。GC特有的分离性质也是后续进行数据解析以及分析的关键因素。电子轰击电离（EI）裂解模式也适合基于应用广泛的NIST库，Fiehn数据库以及GMD数据库等进行匹配解析，以识别鉴定化合物，并对其进行定量分析。
图1 | GC系统代谢组学研究的工作流程
GC-MS分析的样本优势
在GC-MS非靶向代谢组学方法分析样品时，对羟基、胺基、羧基等官能团进行衍生化有十分重要的作用，主要表现在：
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改善样品的气相色谱性质。如羟基、羧基等气相色谱特性不好。
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改善样品的热稳定性。
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改善样品的分子质量。分子量增大，有利于样品与基质的分离。
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改善样品的质谱行为。
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引入卤素或吸电子基团，样品可用CI检测，提高灵敏度。
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分离手性化合物。
对于GC-MS的衍生化方法鹿明生物常以硅(gui)烷(wan)化作为主要衍生方式。同时针对不同的样本需求，酰化(acylation) 烷基化(alkylation)也可作为衍生化的选择。
图2 | 大鼠肌肉组织样品代谢 0–3 天后的 GC-MS 色谱图（自上而下天数增加）.
X 轴为保留时间，Y 轴为强度（固定为1E9 计数）
GC-MS非靶向代谢组学在生物学挖掘上的意义
代谢组学是继基因组学、转录组学和蛋白组学后出现的新兴学科,是系统生物学的重要组成部分。它通过定性鉴别和定量描述生物基质中小分子代谢物的表达与修饰变化来系统反馈生命体对自身机体调控或者外界环境扰动所做出的代谢应答。当前，GC-MS非靶向代谢组学已广泛应用于药理毒理,疾病发病机制和临床诊断,植物生长发育等研究领域并取得良好的进展。
图3 | GC-MS非靶向差异代谢物在生物学挖掘上的应用
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