摘要

基于代谢组学方法能较为直观和完整地呈现体外复杂体系中化学成分的轮廓差异及其在体内吸收、分布和代谢的差异。

代谢组学已经成为当今生物与医药领域的研究热点，其作为系统生物学的核心组学，与其他组学进行的系统性研究为中药作用机制研究提供了思路和方法[1]。代谢组学已经在临床疾病诊断及重大疾病的早期诊断等领域得到广泛应用。在代谢组学研究中最常采用的技术为核磁共振（NMR,nuclearmagneticresonance）[2]和质谱（MS,massspectrometry）[3]分析技术。往往在实际应用中色谱分离技术，如气质(gaschromatography,GC)、液相(liquidchromatography,LC)和毛细管电泳（capillaryelctrophoresis,CE)，它们常与质谱串联起来分析。

图1三种分析方法策略流程图

基于气相色谱和液相色谱与高分辨质谱联用技术的分析策略主要有（图1）：目标化合物分析方法（Targetanalysis）、非目标化合物分析方法（Un-targetanalysis）和可疑化合物分析方法（Suspectanalysis）[4]。

利用非目标化合物分析方法筛选结果可以扩展和精炼目标化合物分析方法所研究的对象[5]。对于采集的数据包含的信息往往都比较庞杂，数据预处理过程和数据分析是至关重要的环节，这将直接影响到最终数据分析的结果。数据预处理过程中使用的软件大致分为商品化软件（如Markerlynx、MassHunter、AMDIS和ChromaTOF）和免费的软件（如Mzmine[6,7]，XCMS[8-10]，MSFACTS[11]和MetAlign[12]等）两大类，它们可以将原始数据进行峰去卷积、标准化和峰对齐等处理。

紧接着，代谢组学中常采用的多元统计分析，能够对庞大的数据进行分析，发现样品之间或各组之间的异同[13]。无监督模式下的PCA和有监督模式下的OPLS-DA均是代谢组学分析常使用的一种分类方法[14,15]。比如我们以中药黄芩为例，运用非靶向代谢组学手段结合QexactiveMS分析方法研究不同规格黄芩（枯芩和子芩）样品之间差异性的活性成分，研究思路如图2所示。

图2基于代谢组学的研究方法应用于中药黄芩[16]

一

体外药材样品的制备

以中药材为例，样品的制备应根据样品自身的特性，优选最佳的提取方法（如超声提取、回流提取等）和溶剂。常用的提取溶剂为水、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、氯仿等。

注意事项：前期样品制备方法可以采用单因素或正交实验进行条件优化；如果采用超声提取，应客观评判超声功率和超声时间引起水浴温度升高对提取样品的影响；应该充分评价提取样品所带来的操作误差对实验结果的影响。

二

生物样品的制备

生物样品主要包括体液（全血、血浆、血清、尿液、唾液和脑脊液等）、组织（脑、心、肝、脾、肺、肾、胸腺、胰腺、小肠、大肠、肌肉和骨骼等）以及其它（毛发和粪便等）样品。不同类型样品前处理方式有所不同。常见的生物样品前处理方法：包括蛋白沉淀（PP）、液液萃取（LLE）和固相萃取（SPE）法。

注意事项：应充分评价提取样品所带来的操作误差对实验结果的影响，有必要需设定质控样品；需考虑样品收集过程中稳定性问题，如尿液样品的收集，基质中酶、光照及温度对样品的影响；需考虑样品前处理过程中吸附性问题，如脑脊液（CSF）和尿液中因为蛋白含量较低，较易与样品收集管由于表面电荷产生相互吸附以及质控样品制备问题。

三

采集数据的预处理

目前，对于LC/GC-MS采集的数据进行预处理的软件非常之多，有免费开源的（如XCMS，MZmine和MetAlign等）、商业收费的（Markerlynx，MassHunter，ChromaTOF和ChemPattern2.0等）和自主开发设计的编程软件（如Metlab）。每一种软件都有各自的优缺点，需要按照自己的目的或需求进行选择。其中，XCMS是一个免费的R软件包，可用于LC/MS或GC/MS数据处理，是目前使用最为广泛，引用文献最多的一个软件[17]。XCMSonline）（图3）是基于云计算的在线版本（