聚焦代谢组学平台建设 促进技术向应用转化——访清华大学代谢组学平台主管刘晓蕙博士

　　清华大学代谢组学平台为国家蛋白质科学研究(北京)设施清华大学蛋白质研究技术中心下设平台之一。经过几年的发展，该平台拥有了完善的代谢产物及脂质物质的二级数据库及常见内源性代谢物的信息采集与数据分析方法，可以提供准确的代谢组学和代谢流分析服务。如今代谢组学领域的人提到清华大学代谢组学平台就像是找到了组织一样。

　　仪器信息网编辑近期采访了清华大学代谢组学平台主管刘晓蕙博士，刘晓蕙博士从代谢组学研究现状、代谢组平台建设情况、发展机遇与挑战等方面进行了详细的讲解。

清华大学代谢组学平台主管 刘晓蕙博士

    技术应用于实际，万变不离质谱

　　刘晓蕙博士是一名年轻的80后，但是从事质谱研究却已经有14个年头了。不过期间她所研究的领域还是发生了很大变化。如，2003年博士就读于印第安纳大学，从事基于质谱的蛋白质组学方法开发研究;毕业以后，在布莱根医院/哈佛医学院进行博士后工作，主要从事质谱影像在临床中的应用工作;2013年回到清华大学，任蛋白质研究技术中心代谢组学平台主管，负责代谢组学平台的建立和发展。

　　对于三个研究方向的改变原因，刘晓蕙谈到，蛋白质组学、质谱成像、代谢组学学术上的关系是相辅相成的，方向变化是因为个人兴趣点的转移。“当时做了几年蛋白质组学方面的方法研究，觉得这些工作离实际应用较远。而我一直的想法是——希望做一些能真正帮助到别人的工作，同时质谱是不能抛掉的。”

　　“博士毕业之际，听到布莱根医院/哈佛医学院招聘做‘质谱成像用于临床诊断’的博后，把质谱放在真正的临床当中、放在手术室里。当时冲着这个激动人心的项目就跑过去了。”刘晓蕙回忆到，“因为，大部分手术时用的影像还是术前的影像，在手术之中医生要凭着经验判断肿瘤组织是否切干净了。据统计这样做就算是乳腺癌这种成熟的手术至少有20%手术的肿瘤组织是没有切干净的。而质谱成像技术给出结果是非常快的，完全可以在手术进行时旁边放上一台，随时测试直到切干净为止，这样质谱发挥的作用就大了。”

　　“后来，我意识到疾病诊断中小分子可能比蛋白质研究更有潜力，有些疾病在小分子上反应的更明显。因为小分子代谢物容易受到调控，而蛋白方面更多受基因影响，这个改变是很缓慢的。疾病状态、免疫系统变化等可能在小分子方面会更容易体现出来，还可以利用到我的质谱背景知识，发挥我的专长，同时还有家庭因素，所以就回到了清华大学。”

　　谈到这些经历，刘晓蕙认为，“多积累不同背景的知识很有用，多接触不同知识背景的人也可以了解他们思考问题的方式。虽然我的研究方向发生了一定的变化，但不变的是一直在从事质谱方面的研究，也就是说最根本的东西从来没有变过。”

    目标：建立高通量的、结果可靠的代谢组学分析方法

　　2013年刘晓蕙回国进入清华大学负责代谢组学平台的建设和运营，而平台主要做方法开发的工作。鉴于现在代谢组学整体发展程度还不够，平台进行方法开发时遇到了低覆盖率、数据库不完善等问题。为了解决以上问题，刘晓蕙带领团队从硬件、软件方面，在平台仪器配置、方法开发、数据库建设方面开展了一系列工作。

　　“工欲善其事必先利其器”，刘晓蕙的代谢组学平台是一个小而精的平台，只有四台仪器四个人。四台仪器都是质谱，包括高分辨的Orbitrap和高灵敏度的三重四极杆质谱。“因为之前做蛋白质组学时体会到了Orbitrap的优势，所以这次自然也选择了Orbitrap。在用Orbitrap采集数据的时候，用FS-ddMS2办法能够同时得到一此和二级信息，而且，Orbitrap只采一级的话也可以正负切换，通量提高了两倍。另外，三重四极杆的特性是灵敏度高，有些代谢产物做筛选的时候色谱条件不合适或者灵敏度达不到，这种情况下会用三重四极杆质谱方法做补充性的工作，结合起来可以达到准确分析的目的。

　　“现在代谢组学的方法还不是很成熟、不够完善，所以我们现在想建立的是高通量的、结果可靠的代谢组学分析方法，并且从数据采集到数据分析的整个流程实现自动化。”刘晓蕙说到。“为了实现代谢组学的高通量分析，数据库是非常关键的。目前，代谢组学研究的大部分人使用的还是线上的公共数据库，公共数据库不好的一点是不适合高通量分析。因为公共数据库鉴定100个样品的时候检索速度就会非常慢。所以，高通量分析的话最好使用本地数据库。我们自建的本地数据库即使搜索500个以上数据，使用普通电脑也没有问题。”

　　另外，鉴于代谢物覆盖率低的问题，目前刘晓蕙的团队正在把不同小分子的检测方法补充进来，通过多种方法结合的方式提高代谢物的检测覆盖率。

    代谢流、代谢表型研究兴起，代谢组学研究有待突破

　　代谢组学是近些年广受关注的热点，不过，刘晓蕙认为，代谢组学要实现真正的突破还需要时间。目前，无论国内还是国外，其实都没有出现突破性成果。如，很多人想从药物靶点方面着手通过代谢去治疗癌症，但是并没有取得很明确的效果。

　　“现在国内欠缺的是代谢流方面的研究。”据刘晓蕙介绍，“代谢流主要是做机理分析，对于机理诠释方面是非常重要的。代谢通路监测方面，单纯监测代谢产物变化有时无法反应整条通路的变化。代谢通路属于网络调控，特异性较小。比如说，一个代谢产物发生变化是一个综合结果，可能有十几条代谢通路产生或消耗。再比如，针对某种病变，我们敲除一个调控蛋白，然后监测到某个代谢产物发生了变化。但是我们不知道它是从哪个通路来的，因为它反映的是重新调控后的稳态。所以，如果要监测它来源于哪条通路就需要做代谢流分析了。代谢流分析对于机理方面的诠释非常明确。”

　　“质谱不能说是做代谢流分析的唯一的手段，但是却可以肯定的说质谱是代谢流分析的最好手段。现在有人在尝试用NMR去做代谢流分析，但是总体来讲，质谱因为较高的灵敏度或对复杂组分解析程度成为代谢流分析的主要技术。”刘晓蕙说到，“代谢流研究在代谢方面占的比重会越来越大，尤其是在生物学和免疫研究方面，大家会越来越多用代谢流去追踪特定的代谢通路。”

　　刘晓蕙还指出，除了代谢流之外，代谢组学领域另一个研究热点是代谢表型研究，即通过代谢产物或者轮廓表征疾病的状态。现在很多人在做临床诊断生物标志物方面的工作，通过代谢物检测做一些临床疾病的早期诊断，包括对阿尔兹海默病、心血管疾病的早期诊断等。另外，质谱影像也是通过代谢物去表征疾病的状态，主要是通过组织样本的代谢轮廓去判断这个组织是正常组织还是癌症组织。

　　采访编辑：仝令坤 刘丰秋

　　后记

　　关于质谱技术与代谢组学的关系，刘晓蕙认为不是代谢组学给质谱带来机遇，而是质谱技术的进步带给代谢组学以发展机遇。因为一般情况是技术发展推动学科发展，代谢组学发展很大程度上要依赖质谱等技术的发展。所以，采访中刘晓蕙特别提到，像赛默飞等仪器公司与科研单位以及高校的合作应该长期化、内容不断深入，达到双赢的目的。

　　简历

　　刘晓蕙，女，博士，清华大学生命科学院助理研究员、清华大学蛋白质研究技术中心代谢组学平台主管。2003年本科毕业于中国科学技术大学，2011年毕业于印第安纳大学并取得博士学位，2011-2013年在哈佛医学院/布莱根医院任博士后。2013年6月起受聘于清华大学生命科学院。研究内容主要应用质谱技术为基础研究脂质组学与代谢组学。