代謝組學整體描述內(nèi)源性代謝物的動態(tài)變化，通過對內(nèi)源性小分子代謝物進行定性定量分析，反映機體外源性和內(nèi)源性變化和整體功能狀態(tài)。代謝組學可分為4個層次：代謝輪廓分析、代謝指紋分析、代謝物靶標分析和代謝組學分析，研究對象主要為生物體內(nèi)的如體液、 器官組織和細胞等。采集樣品，對樣本進行簡單預(yù)處理，提取并檢測樣品上清液，收集、分析數(shù)據(jù)，檢測代謝物及分析代謝通路，動態(tài)描述生物系統(tǒng)表型。研究者可根據(jù)被測代謝物的理化性質(zhì)結(jié)合不同分析技術(shù)的優(yōu)勢，選擇合適目標代謝物的技術(shù)平臺進行檢測。

　　近年來一系 列分析平臺的快速發(fā)展，包括核磁共振(NMR)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC - MS)、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(LC - MS)和毛細管電泳質(zhì)譜(CE-MS)等，可以實現(xiàn)對代謝產(chǎn)物及其相關(guān)代謝途徑的分離、檢測、表征和定量。由于代謝組學得到的原始圖譜復(fù)雜、數(shù)據(jù)量大，對數(shù)據(jù)信息進行充分解讀是代謝組學的關(guān)鍵問題，因此需要對數(shù)據(jù)進行降維和信息挖掘。與基因組學和其他組學不同，代謝組學與疾病表型直接相關(guān)，其能夠鑒定代謝表型以及代謝紊亂和疾病之間的相關(guān)性。

　　自從Nicholson等在1999年首次提出代謝組學概念以來，代謝組檢測技術(shù)得到了快速發(fā)展。GC-MS比較適合分析熱穩(wěn)定、易揮發(fā)或經(jīng)衍生化后易揮發(fā)成分，不受復(fù)雜生物樣本中基質(zhì)效應(yīng)的干擾。并且在定性方面，具有大量可檢索的質(zhì)譜庫等優(yōu)勢。GC-MS利用電子轟擊離子化(EI)技術(shù)采集的質(zhì)譜圖，可以很好地與檢索的譜庫匹配，實現(xiàn)準確定性。GC-MS方法可以同時測定幾百個代謝物，分子量通常在600道爾頓以內(nèi)，包括有機酸、氨基酸、糖、糖醇、芳胺和脂肪酸等。然而，GC-MS不適合檢測極性大不易揮發(fā)或熱不穩(wěn)定的代謝物。同時，在離子化過程中，電子轟擊施加的能量會使結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定成分易于碎裂而難于檢測到化合物的分子離子峰。LC-MS比較適合不穩(wěn)定、難揮發(fā)的成分。

　　在一次檢測分析中，可以檢測生物樣本中幾千到幾萬個化合物，因此其應(yīng)用于非靶向代謝物分析的覆蓋度遠高于GC-MS，在代謝組學研究中更為常用常見的適合與LC聯(lián)用的質(zhì)譜儀離子源，主要有電噴霧電離(ESI)和大氣壓化學電離(APCI)。其中 ESI 是最軟的電離技術(shù)，可以通過優(yōu)化儀器參數(shù)主要產(chǎn)生分子離子峰，是代謝組學研究中最常用的離子化技術(shù)，適用范圍廣，適合難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定、中到高極性化合物的檢測，比如溶血磷脂膽堿、溶血磷脂酰乙醇胺、脂?；鈮A等。ESI 技術(shù)的不足之處在于易受生物樣本中基質(zhì)效應(yīng)的影響，且對弱極性和非極性化合物的離子化能力較弱。與ESI相比，大氣壓化學電離(APCI)更適合分析低極性和中性化合物，受基質(zhì)效應(yīng)干擾較小。但是，APCI技術(shù)不適合受熱易分解成分的檢測。此外，大氣壓光致電離(APPI)適合分析弱極性或非極性化合物，有較寬的線性動態(tài)范圍和很高的靈敏度，且基質(zhì)效應(yīng)更小。

　　然而，質(zhì)譜分析方法中，無論靶向還是非靶向檢測，仍面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，樣品前處理環(huán)節(jié)，生物樣本中代謝物化學性質(zhì)各異、成分復(fù)雜，無法用一種方法提取出全部代謝物。如脂溶性成分需要用氯仿等親脂性有機溶劑提取;水溶性成分用乙腈、甲醇等親水性有機溶劑提取;酸、堿性成分、易氧化代謝物更需要特定的提取條件;對于極微量成分(激素等)需要衍生化處理以增加儀器檢測靈敏度?；瘜W性質(zhì)、結(jié)構(gòu)不同的代謝物，其離子化效率會有較大差別，弱極性化合物很難被ESI技術(shù)檢測，導(dǎo)致最終僅能獲得易于離子化的代謝物信息。此外，靶向檢測的靈敏度雖然很高，多用于絕對定量分析，但是覆蓋的代謝物有限，無法全面真實反映病理條件下細胞的整體代謝水平。非靶向檢測(全掃描采集數(shù)據(jù)模式)可以覆蓋所有信號，側(cè)重于含量高或易于電離的成分，一般用于定性、半定量分析。

　　因此，要想全面獲得生物樣本中盡可能多的整體代謝組信息，需要不同前處理方法、多種色譜分析條件(正相、反相)、不同離子化方式(ESI、APCI)的高分辨質(zhì)譜非靶向掃描等多個分析策略相組合，同時還要結(jié)合高靈敏度的靶向檢測方法。然而，很多生物樣本比較珍貴， 研究資源、儀器和經(jīng)費等條件有限，運用已知的全部分析手段來開展代謝組學研究是不現(xiàn)實的。所以，對于沒有明確目標代謝通路的代謝組學研究，首選基于LC-(ESI)HRMS技術(shù)的非靶向代謝組檢測，采用反相色譜條件，正、負兩種電離模式，以獲取各條代謝通路中高豐度或易于離子化的代表性成分含量。

　　當從非靶向數(shù)據(jù)中挖掘出感興趣的代謝物時，根據(jù)需要，可以進一步采用更加專屬的前處理和LC-MS靶向分析方法，采集候選代謝物所對應(yīng)的代謝通路及其上下游中所有成分的精準定量數(shù)據(jù)，來揭示發(fā)生變化的代謝機制。隨著前處理方法的不斷開發(fā)、色譜儀器分析更加快速、質(zhì)譜儀器掃描速度和靈敏度持續(xù)增加，在一次非靶向分析生物樣品中，代謝組檢測的覆蓋度和通量將得到不斷提升。