声音专栏 | 婷姐再谈SWATH®采集技术(三)——代谢、脂质组应用

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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。

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！