一、技术简介
靶向代谢组学是一种利用超高效液相色谱仪（UPLC）或者气相色谱（GC）与高灵敏度的三重四级杆串联质谱仪(QQQ)的联用，结合选择性反应/多反应监测技术，实现对目标化合物的特异性检测与分析，得到绝对定量结果的技术。专注于分析特定代谢物群体，通常集中于关键的代谢途径。基于此特点，靶向代谢组学在食品鉴定、疾病研究、动物模型验证、生物标志物发现、疾病诊断、药物研发、药物筛选、药物评估、临床研究、植物代谢研究、微生物代谢研究中发挥重要作用。
1、靶向代谢组学精确定性定量的原理
色谱分离代谢物，质谱检测代谢物。具体而言，色谱分离是通过利用代谢物成分与两种不同相（固定相和流动相）的不同相互作用来实现的。固定相通常是装入色谱柱的固体材料或多孔凝胶，而流动相则是液体溶剂或者载气。
样品混合物中的化合物与这些相的相互作用各不相同，换句话说也就是代谢物受到固定相的“拉力”不同，从而在色谱柱中停留时间不同，进而导致保留（RT）时间不同，以达到样品中化合物分离的目的。
样品中化合物进入到质谱仪中，根据化合物离子化后的质荷比（m/z）对化合物进行精准定性定量。
2、靶向代谢组学使用的质谱
被分析的样品首先要离子化，然后利用不同离子在电场或磁场中的运动行为不同，把离子按质荷比分开而得到质量谱图，通过样品的质量谱图和相关信息，可以得到样品的定性定量结果。
在代谢组学研究中，常用的质谱为三重四级杆质谱(QQQ)，是由三个四级杆分析器串联的多级质谱，每个分析器有以下单独的作用：
第一个四级杆(Q1)根据设定的质荷比范围扫描和选择所需的离子。
第二个四级杆(Q2)，也称碰撞池，其形式多样，主要用于聚集和传送离子，在所选择离子的飞行途中，引入碰撞气体，例如氮气、氩气等。
第三个四级杆(Q3)用于分析在碰撞池中产生的碎片离子。
3、靶向代谢组学实验流程
靶向代谢组学可以分为代谢物提取、富集纯化、（如使用GC-MS则需要衍生化）、质谱检测。
代谢物提取：提取的方法祖训相似相溶原理（利用目标代谢物在不同溶剂种的溶解度或分配系数差异，使得目标代谢物从原本的样品种提取出来）。
代谢物的纯化与富集：纯化主要是为了去除蛋白质、核酸、盐或者干扰目标代谢物检测的其他代谢物；富集的目的主要是提高待测物质的灵敏度和检测限。其中纯化是通过有机溶剂沉淀、超滤、高速离心以及固相萃取达到目的，而富集则是通过氮吹、冷冻干燥、旋转蒸发浓缩或固相萃取这些收到达到。
衍生化：对于使用GC-MS检测的例如脂肪酸而言，在质谱检测前还需要进行衍生化以达到降低待测物的沸点、改善待测物的色谱质谱行为以及提升待测物的热稳定性目的。
质谱检测：使用质谱对代谢物进行定量。代谢物的定量方法分两种，外标法和内标法。
外标法是比较常用的定量方法，其原理为：用待测组分的标准品作对照物质，将对照物质和样品中待测组分的响应信号相比较进行定量的方法，也称为标准曲线法，是一种绝对定量的方法。
内标法原理为：是一种间接或相对的校准方法，在分析测定样品中某组分含量时，加入一种内标物质，以校准和消除由于操作条件、仪器波动对分析结果产生的影响，可提高分析结果的准确度。
二、靶向代谢组学在研究中的应用
靶向代谢组学广泛应用于目标代谢物参与的生理机制及调控机制
1、研究肥料对作物-土壤-土壤微生物整体的影响
酚酸通常是芳香环上具有活性羧基的有机酸。它们主要通过根系分泌、植物残渣分解等途径进入土壤，对作物生长发育有抑制作用。
对使用不同肥料的土壤的酚酸进行检测，发现与不施加肥料（CK）相比，施肥显着增加了土壤酚酸的含量，原因可能是施肥可以增强根系活力，促进根系生长，从而促进根系分泌物的增加。
此外，长期施用有机肥料（M和MNPK）的土壤中丁香酸、丁香醛、香草酸、香兰素、阿魏酸和对香豆酸的含量高于长期施用化学肥料（NPK）。
研究酚酸与真菌和线虫群落之间的关系，研究发现尖孢镰刀菌与咖啡酸之间存在显著的正相关，表明酚酸类物质在感染过程中可促进镰刀菌分泌的病原真菌毒素（主要包括镰刀菌酸），促进感染，抑制宿主防御。
植物寄生性线虫（Amplimelinius、Geocenamus）的数量与咖啡酸含量呈显著正相关，表明酚酸在土壤中的积累对刺激或诱导土壤动物和微生物群落变化的影响大于它们对酚酸的吞噬和消化作用。
2、植物内氨基酸的生物合成的关键基因及其调控机制
作者通过转录组和代谢组分析识别了与氨基酸生物合成相关的关键基因和调控通路。通过相关性分析发现了4个与至少10种氨基酸显著正相关的基因，对这四个基因进行定位发现TgDAHP2和TgASA1位于叶绿体，紧接着构建了这两个基因的过表达载体。
过表达 TgDAHP2 （DAHP2-OE） 和 TgASA1 （ASA1-OE） 的种子中大部分氨基酸的含量显著高于对照组。
单个氨基酸分析，结果表明，ASA1-OE 和 DAHP2-OE 中天冬氨酸、谷氨酸、组氨酸、精氨酸、丙氨酸、酪氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和赖氨酸的含量显著高于对照组，氨酸仅在 ASA1-OE 中显着增加。苏氨酸、半胱氨酸和亮氨酸仅在 DAHP2-OE 中显著增加。ASA1-OE 和 DAHP2-OE 中天冬酰胺、脯氨酸和 γ-氨基丁酸的含量与对照组相比没有显著变化。
因此，作者发现TgDAHP2 和 TgASA1 在氨基酸合成中起关键作用。
3、研究虫媒病毒通过干扰媒介昆虫取食诱导的激素依赖性抗病毒免疫反应从而促进自身传播的分子机制
研究烟粉虱（Bemisia tabaci）、宿主植物烟草（Nicotiana tabacum）、烟草曲茎病毒（TbCSV）及其相关卫星（TbCSB）的四重相互作用，发现烟粉虱的侵染显著增加了烟草中的内源性水杨酸（SA）和茉莉酸-异亮氨酸（JA-Ile）水平，但不影响茉莉酸（JA）水平。
进一步研究表明，烟粉虱的侵染诱导了SA积累，进而增强了植物对TbCSV的抵抗力，但当植物同时被TbCSV和TbCSB侵染时，这种抵抗力减弱。
外源SA喷洒结果也显示，喷洒1.0 mM和2.0 mM的SA能显著增强植物对TbCSV的抵抗力，但对TbCSV+TbCSB共感染时则没有这种效果。
类似的结果也在番茄对中国番茄曲叶病毒（ToLCCNV）及其相关卫星（ToLCCNB）的研究中也发现了。
这些现象表明烟粉虱侵染促进了SA积累进而增加植物对TbCSV的抵抗力，但当与TbCSB共感染时，这种由SA调节的抗病毒抵抗力被消除。
4、总结
在研究分子标志物领域，因为靶向代谢组学具有稳定，灵敏和通量高等特点，并且可同时检测多种代谢产物水平，所以有着良好的应用前景。
文献案例中检测与表型相关的特征代谢物，伴随着一系列的传统生物实验，通过实验逆推出其调控生命活动的具体作用机制，为研究生物调控机制、疾病的发生发展机制以及生物体的成长发育机制等提供了巨大的帮助。
三、靶向代谢组学检测介绍
维百瑞检测提供基于LX50-QSight420-UPLC-MSMS和TSQ 8000 EVO双平台的代谢组学分析服务，并依托双平台建立了19大类400+检测指标，精确全面获取代谢物及其丰度信息。
参考文献
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