声音专栏 | 婷姐再谈SWATH®采集技术(三)——代谢、脂质组应用

本期“婷视角”专栏，婷姐又谈“不朽的事物”——SWATH，介绍这项技术在蛋白组学研究中的前沿应用。

文章结构

1.上期内容回顾，本期内容概述； 

2.SWATH®在代谢、脂质组学中的应用；

3.SWATH®在代谢、脂质组学中的应用优势。

上期内容总结，本期内容概要

大家好，我们又见面了。上期内容中我提到了SWATH®在定量蛋白组学中的应用及其4个应用优势：采集简单,高通量定量，数据可追溯性和可重现性；实际上，这些优势同样适用于其他应用领域。本期内容，我们继续上期内容，主要聊聊SWATH的应用及其应用优势。本期主要集中在代谢、脂质组学应用。

如何提高代谢组学研究的覆盖率，高通量定量一直是困扰科学家的难题。SWATH®技术的全景式扫描能力，受到了代谢、脂质组学工作者的关注。定性方面：Zuzana[1]分别使用TOP25的DDA采集模式和30个窗口采集的SWATH模式，采集数据。根据MS/MS检索数据库进行代谢物鉴定，结果表明：SWATH能提高1倍的鉴定量（图1）。定量方面，SWATH提供了高通量的类MRM定量信息，MRM是质谱界定量的黄金标准，SWATH 这一性能也因此被看重。

图1. SWATH® VW30（30个可变窗口设置）和DDAtop25 (自动触发25个MS/MS采集)比较，两种方法MS/MS和数据库匹配, >70%的匹配度，结果表明：SWATH®MS/MS鉴定个数更多。

美国加州Oliver的代谢组学实验室[2]分别使用MicroLC-DDA采集模式和MicroLC-SWATH-MS模式采集数据，来研究六种红酒的多酚代谢组学。结果表明：SWATH与DDA在一级色谱峰的发现能力相似，分别为1632和1667；但在这些被发现的色谱峰中，有MS/MS谱图的色谱峰：SWATH 为1632 个，DDA为1461个，这说明SWATH 没有任何MS/MS谱图信息的丢失；这一采集上的不同导致数据处理后的结果是: 使用SWATH 数据能鉴定到207个多酚化合物，而DDA数据仅能鉴定到178个多酚化合物。

大连化物所许国旺研究员实验室[3]推出“拟靶向“的工作流程（图2），利用SWATH 全景扫描的特点，采集不同CE能量下的MS/MS信息，使用软件筛选形成特征MRM离子对信息，然后将MRM信息无缝转移到三重四极杆仪器上进行大批量样本的测定。并将该方法成功应用于二型糖尿病差异化合物的发现。“拟靶向“的工作流程综合了非靶扫描信息量大，和靶向扫描灵敏度和稳定性的优势，非常适合临床大队列样本的测试。

图2. 拟靶向工作流程； A. 不同CE能量采集可能离子对步骤； B. 使用最优化CE，判断离子对，并选择形成MRM离子对。 

同蛋白组学一样，SWATH 数据处理也一直是困扰代谢组学的难题。2015年在Nature Methods上，作者Tsugawa[4]发表了MS-DIAL软件来处理SWATH®数据，该软件免费，可以进行SWATH数据的去卷积工作，而后根据数据库，进行鉴定工作。

中科院有机所朱正江研究员实验室，2016年在AC[5]上发表了MetDIA软件（图2），该软件根据数据库，对SWATH数据进行二级碎片离子提取，进行定量和鉴定工作。 2018年，朱正江研究员又接着在AC[6]上发表了SWATHtoMRM软件，支持“类靶向工作流程“，软件自动从SWATH®采集的数据中获得母离子和子离子信息，将其转化成MRM离子对建立到三重四级杆上实现代谢组学大队列检测；今年在Nature Communication[7]上，朱正江研究员又继而发表了MetDNA软件，该软件支持SWATH和DDA数据处理，依据代谢物上下游结构具有相关性，结合KEGG通路和实验室自建的“种子MS/MS数据库”，内嵌全新模型算法，解决代谢组鉴定难题。其数据处理结果展示：在不同基质中，一次实验，可鉴定到2000左右代谢物，结果令人震撼。这三个软件，可以通过相关文献获得链接，了解信息。

图3. MetDIA 目标代谢物提取工作流程

在脂质组学研究方面，SWATH大量的应用来自于脂质定量。作者Jorg[8]使用SWATH-MS分析不同心血管病人血小板脂质组，共检测到1971个特征峰，解析其中的611个脂质结构，SWATH 的Q1隔离窗口宽度设为5 Da时，目离子的选择性就接近于MRM方法，可以实现低丰度的氧化磷脂类的检测。

介绍了这么多，最后让我们来总结一下SWATH技术在代谢、脂质组学的应用优势：

1. 数据采集简单;  

2. 数据全景扫描，支持数据的可追溯性； 

3. 可重现、高质量、高通量的定量能力；

4. MS/MS信息的全覆盖支持定性鉴定；

5. 拟靶向/类靶向工作流程；

随着SWATH技术处理软件的不断完善，相信这一技术将在代谢组学有更大的应用空间。

本期栏目就到这里，今天，我介绍了SWATH在代谢、脂质组学研究中的应用，下期内容我们来聊聊SWATH在药物研究，食品筛查，毒物筛查等领域的应用。期待下期与您再见面！

参考文献：

1. SWATH® Acquisition Improves Metabolite Coverage over Traditional Data Dependent Techniques for Untargeted Metabolomics；SCIEX TECHNOTE;

2. Ultrafast polyphenol metabolomics of red wines using microLC-MS/MS; J. Agric. Food Chem;

3. Ion-pair selection methodfor pseudotargeted metabolomics based on SWATH MS acquisition and itsapplication in differential metabolite discovery of Type 2 diabetes; ANAL. CHEM;

4. MS-DIAL: Data Independent MS/MS Deconvolution for Comprehensive Metabolome Analysis; NATURE METHODS;

5. MetDIA: Targeted Metabolite Extraction of Multiplexed MS/ MS Spectra Generated by Data-IndependentAcquisition; ANAL. CHEM;

6. SWATHtoMRM: Development of High-Coverage Targeted Metabolomics Method Using SWATH Technology for Biomarker Discovery; ANAL.CHEM;

7. Metabolic reaction network-based recursive metabolite annotation for untargeted metabolomics; NATURE COMMUNICATIONS;

8. Comprehensive MS/MS Profiling by UHPLC-ESI-QTOF-MS/MS using SWATH Data-independent Acquisition forthe Study of Platelet Lipidomes in Coronary Artery Disease; ANAL CHIM ACTA.

相关文章：

声音专栏 | 婷姐谈SWATH®采集技术(一)

声音专栏 | 婷姐又谈SWATH®采集技术(二)——蛋白组学的应用

聆听婷视角看分析音频，请关注SCIEX官微查看此原文即可

关于SCIEX

作为全球生命科学和技术创新者的丹纳赫集团(Danaher)一员，SCIEX在质谱技术领域拥有50年的创新经验。从1981年成功推出第一台商业化三重四极质谱系统开始，我们一直致力于开发突破性的技术和解决方案，从而影响和推进可以改变生活的科学研究和临床研究诊断。

SCIEX公司拥有质谱系统前端要求的各类液相系统，从毛细管电泳系统、纳升流速液相、微升流速液相到超高压系液相系统，SCIEX独有的差分离子淌度技术(SelexION®)；同时还有品种齐备的三重四极杆质谱系统(Triple Quad™)、三重四极杆线性离子阱复合型质谱系统(QTRAP®)、高分辨质谱系统(QTOF)等质谱产品。

我们的客户应用领域广泛，临床诊断和临床研究、食品和饮料安全检测、环境安全检测、法医毒物检测、生命科学研究、药物与生物技术药物解决方案等。