代謝組學(xué)技術(shù)在生物樣品檢測(cè)中的應(yīng)用

代謝組學(xué)技術(shù)在生物樣品檢測(cè)中的應(yīng)用

代謝組學(xué)是經(jīng)過(guò)基因組學(xué)、轉(zhuǎn)換組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興學(xué)科。采用先進(jìn)的工具分析方法、高靈敏度和高分辨率的現(xiàn)代方法，結(jié)合評(píng)價(jià)和其他化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，研究生物系統(tǒng)（細(xì)胞、組織或生物）的激活或干擾（例如，在特定基因變異或環(huán)境變化后）下代謝產(chǎn)物的變化或隨著時(shí)間的推移而變化。所謂代謝組是基因組的下游產(chǎn)物也是最終產(chǎn)物,是一些參與生物體新陳代謝、維持生物體正常功能和生長(zhǎng)發(fā)育的小分子化合物的集合。通常,代謝組學(xué)研究的對(duì)象并非某些特定的物質(zhì),而是要盡可能多地獲取所有代謝產(chǎn)物的信息。而分析對(duì)象的大小、數(shù)量、官能團(tuán)、揮發(fā)性、帶電性、電遷移率等物理化學(xué)參數(shù)的差異對(duì)分析結(jié)果影響極大?，F(xiàn)有的主要檢測(cè)手段包括:核磁共振技術(shù)(NMR)、液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(LC-MS)、毛細(xì)管電泳質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(CE-MS)以及氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)。其中與CE-MS、LC-MS或LC-NMR等分析儀器相比,GC-MS儀器中經(jīng)氣相色譜柱分離后的樣品呈氣態(tài),流動(dòng)相也是氣體,與質(zhì)譜的進(jìn)樣要求相匹配,最容易將這兩種儀器聯(lián)用;它具有靈敏度高、分離效率高、易用、耐用、成本低、可選擇性地分離和檢測(cè)大量痕量代謝物質(zhì)和同質(zhì)異構(gòu)體等優(yōu)點(diǎn)。由于其高標(biāo)準(zhǔn)化地應(yīng)用了電子電離,能產(chǎn)生廣泛的和高重復(fù)性的破裂片段,即使得到的質(zhì)譜數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中不存在,其破碎模式亦可用于獲得更多關(guān)于代謝產(chǎn)物定性或化合物種類(lèi)的信息。故GC-MS已成為代謝組學(xué)中廣泛應(yīng)用的重要分析方法,目前發(fā)展也較為成熟,是復(fù)雜混合物分析的主要定性和定量手段之一。1gc-ms聯(lián)合技術(shù)介紹1.1全掃描和選擇離子掃描按照質(zhì)譜技術(shù),GC-MS聯(lián)用技術(shù)通常有氣相色譜-四級(jí)桿質(zhì)譜或磁質(zhì)譜(GC-MS)、氣相色譜-離子阱質(zhì)譜(GC-ITMS)、氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜(GC-TOFMS)。四級(jí)桿質(zhì)譜儀掃描方式又有全掃描和選擇離子掃描(SIM)之分,全掃描是對(duì)指定質(zhì)量范圍內(nèi)的離子全部掃描并記錄,得到的質(zhì)譜圖可以提供未知物的分子質(zhì)量和結(jié)構(gòu)信息。而SIM方式僅對(duì)選定的離子進(jìn)行檢測(cè),可消除樣品中其他組分造成的干擾,檢測(cè)靈敏度、選擇性極強(qiáng),主要用于對(duì)具有某種特性的代謝物進(jìn)行定量分析。TOFMS提供了更快的掃描率和額外的敏感性,采集到的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)完整的質(zhì)譜圖,檢測(cè)揮發(fā)性化合物的能力比四級(jí)桿質(zhì)譜強(qiáng),在目前代謝組學(xué)的研究中應(yīng)用最為普遍。ITMS結(jié)構(gòu)小巧,能在極低壓強(qiáng)下長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存離子,因此對(duì)真空泵的要求降低,從而減輕質(zhì)譜儀重量和電源消耗,更加便于小型化設(shè)計(jì),故其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。1.2衍生化衍生物檢測(cè)GC-MS一般用于測(cè)定包括氨基酸、胺、脂肪酸、有機(jī)酸、糖、糖胺、糖磷酸、嘌呤、嘧啶和芳香族化合物在內(nèi)的代謝物,其檢測(cè)限一般為信噪比(S/N)=3∶1時(shí)的濃度。但這些代謝物的極性強(qiáng)、揮發(fā)性低,往往不能直接進(jìn)樣分析,需要將這些物質(zhì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)處理轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的揮發(fā)性衍生物,才能適用氣相色譜的測(cè)定范圍,衍生化的過(guò)程同時(shí)能改善結(jié)構(gòu)及其近似化合物分離的選擇性,克服載體、柱壁對(duì)高極性、低揮發(fā)性樣品的吸附,從而有效改善樣品的峰形,此外選擇特殊的衍生化方法還可用來(lái)拆分某些較難分離的手性化合物。在GC-MS檢測(cè)中選用衍生化試劑需注意衍生化產(chǎn)物的質(zhì)譜特性,即質(zhì)量碎片的特征性強(qiáng),同時(shí)分子量要適中,既適合質(zhì)量型檢測(cè)器檢測(cè),也有利于與基質(zhì)干擾物分離。常用的衍生化試劑分為硅烷化、酰化和烷基化三類(lèi),其反應(yīng)原理及優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1,其中應(yīng)用最廣泛的是硅烷化試劑和?；噭?。2gc-ms定量分析的穩(wěn)定性自1957年實(shí)現(xiàn)GC-MS聯(lián)用以來(lái),該技術(shù)得到了迅速發(fā)展。由于其能夠提供較高的分辨率和檢測(cè)靈敏度,并且有可供參考、比較的標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫(kù),可方便地得到待分析代謝物的定性結(jié)果。它在生命科學(xué)中的應(yīng)用,使我們能在基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的基礎(chǔ)上更好地描述和評(píng)估生命系統(tǒng)。由于GC-MS分析的變異性取決于以下三個(gè)方面:1)分析方法(色譜、檢測(cè)和衍生化樣品的穩(wěn)定性);2)樣品制備(淬滅、提取和濃縮);3)樣品的變異性。因此,為保證分析方法的線(xiàn)性、準(zhǔn)確性、靈敏度及穩(wěn)定性,應(yīng)根據(jù)研究對(duì)象、目的和分析化合物的不同,對(duì)預(yù)處理過(guò)程及分析方法進(jìn)行全面的評(píng)估與優(yōu)化,以確定利用GC-MS進(jìn)行代謝物分析的最佳方法。Zhang等在利用GC-TOFMS對(duì)高血脂老鼠的尿液進(jìn)行代謝組學(xué)分析時(shí),從分離鑒定出的代謝物中,選取有機(jī)酸、氨基酸、碳水化合物等代表性物質(zhì)進(jìn)行方法驗(yàn)證,以保證定量分析的準(zhǔn)確性。2.1不同提取方法對(duì)細(xì)胞代謝及代謝特性的影響利用GC-MS分析生物體內(nèi)的代謝物,需要對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理及衍生化,預(yù)處理過(guò)程主要包括代謝淬滅、細(xì)胞濃縮、代謝物提取等。為獲取微生物具有代表性的樣品,分析時(shí)樣品的代謝組成分必須保證與取樣時(shí)一致,才能反映樣品當(dāng)時(shí)的代謝活動(dòng),因此這一反映特定生理狀態(tài)的代謝狀態(tài)必須要被“固定”住,直到分析完成,該過(guò)程稱(chēng)為淬滅。由于不同微生物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)不同,對(duì)滲透壓的耐受程度以及膜通透性也存在差異,因此代謝淬滅所選擇的方法也無(wú)法統(tǒng)一。目前報(bào)道的淬滅方法中,冷甲醇淬滅方法溫和,且可通過(guò)離心富集細(xì)胞,在多種微生物代謝物檢測(cè)中廣泛應(yīng)用,但不同的菌株所采用的甲醇濃度差異較大(表2)。離心后的沉淀物中不但包含菌體和細(xì)胞內(nèi)液,還混有細(xì)胞間液。這些細(xì)胞間液包含了培養(yǎng)基成分及細(xì)胞外代謝產(chǎn)物,若沉淀物經(jīng)過(guò)提取后細(xì)胞內(nèi)/外液無(wú)法區(qū)別,將影響對(duì)胞內(nèi)代謝物的準(zhǔn)確檢測(cè)。故提取前仔細(xì)洗滌菌體沉淀將有助于排除混有細(xì)胞間液所產(chǎn)生的干擾,但是缺點(diǎn)是容易使一些自由出入細(xì)胞膜的組分(如小分子有機(jī)酸)濃度降低并容易導(dǎo)致細(xì)胞破碎。因此,在細(xì)胞濃縮過(guò)程中既要做到除去細(xì)胞間液也要減少胞內(nèi)代謝物的損失。代謝物提取以盡可能多地獲得所需物質(zhì),避免物理或化學(xué)改性,減少稀釋效應(yīng)為原則。Maharjan等采用酸堿破壞、冷甲醇破壁、甲醇或乙醇高溫提取、氯仿-甲醇溶菌提取等6種不同的方式提取大腸桿菌中的代謝物,以同位素標(biāo)記的葡萄糖作為檢驗(yàn)指標(biāo)比較提取效果,發(fā)現(xiàn)低溫下(-40℃)以甲醇作為提取溶劑時(shí)效果最佳。然而,衡量一個(gè)提取方法的好壞不能只關(guān)注最終代謝產(chǎn)物的量,還要確保提取過(guò)程中代謝物的穩(wěn)定,因此在提取時(shí)往往要加入緩沖溶液來(lái)減少提取過(guò)程對(duì)細(xì)胞的破壞,從而增強(qiáng)代謝物分析的穩(wěn)定性,如乙醇胺、磷酸鹽、羥乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)、哌嗪乙磺酸(PIPES)等。除了液液萃取之外,微波輔助萃取、超臨界流體萃取等方法可縮短提取時(shí)間、提高提取效率、降低溶劑消耗,在微生物代謝物分析領(lǐng)域也被廣泛使用。2.2定量分析方法GC-MS檢測(cè)中物質(zhì)的定性需要利用其質(zhì)譜進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索,故其分析過(guò)程離不開(kāi)各種代謝途徑和生物化學(xué)的數(shù)據(jù)庫(kù)?；蚪M學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)已有較完善的書(shū)庫(kù)供搜索、使用,而代謝組學(xué)尚未有類(lèi)似功能完備的數(shù)據(jù)庫(kù),但一些生化數(shù)據(jù)庫(kù)在代謝組學(xué)研究中,為確保分析數(shù)據(jù)的有效性與可靠性,需要進(jìn)行定量分析以減少樣品處理及檢測(cè)中產(chǎn)生的差異。一般的定量分析方法有外標(biāo)法、內(nèi)標(biāo)法。外標(biāo)法適用于檢測(cè)/修正檢測(cè)器偏差,控制分析系統(tǒng)的惰性。而內(nèi)標(biāo)法通常以同位素標(biāo)記的代謝物或非內(nèi)源性物質(zhì)(與某種代謝物特性相似的物質(zhì))作為內(nèi)標(biāo),將樣品中每種代謝物都進(jìn)行定量檢測(cè),在提取、衍生化或分析前加入內(nèi)標(biāo),可有效控制樣品處理中不同步驟產(chǎn)生的誤差。此外,以同位素標(biāo)記的微生物代謝物作為內(nèi)標(biāo)的方法目前也應(yīng)用廣泛,即微生物生長(zhǎng)的培養(yǎng)基中,碳源物質(zhì)均用同位素標(biāo)記,則提取出的所有代謝物可作為內(nèi)標(biāo)使用。2.3分析方法及應(yīng)用基于GC-MS技術(shù)的代謝組學(xué)研究產(chǎn)生的大量復(fù)雜數(shù)據(jù)需要借助成熟的統(tǒng)計(jì)學(xué)工具才能夠得到合理的解釋,進(jìn)而深入研究微生物代謝物的隱含意義。目前用于代謝組學(xué)數(shù)據(jù)分析的主要手段為模式識(shí)別技術(shù),包括非監(jiān)督學(xué)習(xí)方法和有監(jiān)督學(xué)習(xí)方法。非監(jiān)督學(xué)習(xí)方法的算法不給出訓(xùn)練集,輸入的數(shù)據(jù)以“無(wú)人監(jiān)督”方式被分類(lèi),主要有主成分分析、非線(xiàn)性映射、簇類(lèi)分析等;有監(jiān)督學(xué)習(xí)方法會(huì)給出一些輸入數(shù)據(jù)和答案作為分類(lèi)系統(tǒng)的“訓(xùn)練集”,用來(lái)構(gòu)建模型并評(píng)估必需的參數(shù),分析應(yīng)用的判別式包括偏最小二乘法-判別分析、正交算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及基于進(jìn)化的計(jì)算算法。其中,主成分分析和偏最小二乘法-判別分析是代謝組學(xué)研究中最常用的模式識(shí)別方法。這兩種方法通常以得分圖(Scoreplot)表示對(duì)樣品分類(lèi)的信息,載荷圖(Loadingplot)表示對(duì)分類(lèi)有貢獻(xiàn)的變量及其貢獻(xiàn)大小,從而發(fā)現(xiàn)可作為生物標(biāo)志物的變量。Matlab、SIMCA-P、SAS是代謝組學(xué)數(shù)據(jù)分析中的常用軟件,而近年來(lái)一些具有特殊功能的分析方法/軟件發(fā)展迅速,多維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式逐漸實(shí)現(xiàn)多元化(表3)。3gc-ms聯(lián)合成像技術(shù)在代謝組中的應(yīng)用3.1發(fā)酵過(guò)程中酵母代謝的改變微生物的代謝物是基因表達(dá)的最終產(chǎn)物,基因和蛋白表達(dá)的微小變化可以在代謝物上得到放大,因此對(duì)微生物細(xì)胞提取物進(jìn)行分析有助于了解細(xì)胞的能量吸收和生長(zhǎng)過(guò)程。在基于GC-MS的微生物代謝組學(xué)研究中,首要的任務(wù)是對(duì)代謝物分離鑒定方法的建立與優(yōu)化。谷氨酸棒桿菌作為應(yīng)用廣泛的模式生物之一,其代謝組分析方面的工作已較為成熟。Strelkov以基于GC-MS首次建立了一種可快速鑒定谷氨酸棒桿菌代謝物的方法,可檢測(cè)1000多種化合物,且測(cè)量重現(xiàn)性的誤差僅在6%以?xún)?nèi)。Borner等通過(guò)樣品預(yù)處理的平行化和部分自動(dòng)化,也建立了該菌代謝組的高通量分析方法,不僅將GC-MS分析時(shí)間由60min縮短至18min,還實(shí)現(xiàn)了650種代謝物的定量化。代謝組學(xué)分析可通過(guò)代謝物差異有效鑒定微生物在不同環(huán)境下細(xì)胞的代謝差異,從而更深入地了解外界環(huán)境所造成的微觀物質(zhì)變化。Miura利用GC-MS比較白腐真菌黃孢原毛平革菌在空氣和100%氧氣條件下發(fā)酵的生長(zhǎng)差異,獲取對(duì)氧氣壓力敏感的代謝產(chǎn)物,為其工業(yè)化進(jìn)程及生產(chǎn)模式提供全新的視角。元英進(jìn)課題組利用GC-TOFMS對(duì)不同條件下釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)酒精過(guò)程中的代謝物作了一系列的研究。首先鑒定了釀酒酵母在工業(yè)連續(xù)發(fā)酵與批次發(fā)酵時(shí)中心碳代謝流物質(zhì)、氨基酸等胞內(nèi)代謝產(chǎn)物,并采用主成分分析獲得兩種模式的標(biāo)志性物質(zhì),這有效反映了工業(yè)發(fā)酵的真實(shí)過(guò)程。隨后考察了釀酒酵母對(duì)真空發(fā)酵的適應(yīng)進(jìn)化過(guò)程及接種密度對(duì)高密度發(fā)酵的影響,通過(guò)對(duì)碳代謝物質(zhì)、氨基酸及脂肪酸的鑒定,結(jié)合多維數(shù)據(jù)分析方法——PCA、HCA,得到特征性物質(zhì)的變化趨勢(shì),驗(yàn)證出在接種量為40g/L條件下酵母細(xì)胞中的甘油與脯氨酸能在高細(xì)胞濃度的壓力下有效維護(hù)酵母細(xì)胞正常的生理代謝活動(dòng),將這些代謝組信息與轉(zhuǎn)錄組、脂質(zhì)組相結(jié)合,可對(duì)酵母發(fā)酵過(guò)程形成系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí)。在考察不同菌種對(duì)環(huán)境壓力的應(yīng)激反應(yīng)時(shí),發(fā)現(xiàn)原始酵母在抑制劑作用下會(huì)強(qiáng)化蛋白分解,導(dǎo)致氧化應(yīng)激、產(chǎn)生大量活性氧自由基,而耐抑制型酵母中高含量的嘧啶可對(duì)細(xì)胞起保護(hù)作用;酵母的單倍體與雙倍體細(xì)胞,在乙醇?jí)毫ο碌拇x差異明顯減弱,且單倍體的代謝更易受乙醇?jí)毫Φ挠绊?而這種目標(biāo)代謝物檢測(cè)可作為篩選高產(chǎn)量菌株的有效途徑。此外,基因改造對(duì)某些微生物表型特征的影響并不明顯,而代謝組學(xué)能有效地探測(cè)基因改造引起的改變,并實(shí)現(xiàn)突變株間的表現(xiàn)型分化。Tian等在篩選高產(chǎn)琥珀酸的大腸桿菌菌株時(shí),敲除基因sdhAB或ackA-pta后,琥珀酸產(chǎn)量的提高并不明顯,但利用GC-FID、GC-MS對(duì)突變株及野生型菌株進(jìn)行代謝輪廓分析后,發(fā)現(xiàn)兩種突變株中琥珀酸、天冬氨酸、脯氨酸的代謝卻存在顯著的差異。Buchinger等也利用GC-MS技術(shù)分析敲除氮源調(diào)節(jié)因子——AmtR基因?qū)劝彼岚魲U菌代謝組和轉(zhuǎn)錄組的影響,發(fā)現(xiàn)突變株中含有糖酵解途徑、磷酸戊糖途徑及檸檬酸循環(huán)中代謝物的不同形式,其中谷氨酸鹽在突變株中明顯減少且排泄受損。GC-MS對(duì)多種化合物具有較強(qiáng)、較靈敏的分析能力,故對(duì)于鑒定比較微生物不同菌株之間的代謝物差異、同一菌株在不同生長(zhǎng)環(huán)境下的代謝變化具有特殊的意義。結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,將分析中存在極大差異的代謝物,作為此微生物的生物標(biāo)記物,為其更深入的研究提供必要的基礎(chǔ)。3.2gc-ms分析GC-MS聯(lián)用技術(shù)也是目前在植物代謝分析中應(yīng)用最廣泛的分離檢測(cè)手段之一。早期對(duì)土豆提取物的代謝輪廓分析已證實(shí)GC-MS平臺(tái)是分離鑒定復(fù)雜的植物基體中大量代謝物的有效工具,并能實(shí)現(xiàn)特定物質(zhì)的定量分析。Schwarzinger等利用熱分解-GC-MS分析五味子不同部位(種子、果實(shí)、種殼、樹(shù)葉等)的特性,通過(guò)熱裂解蒸發(fā)出熱穩(wěn)定的木酚素類(lèi)物質(zhì)等,鑒定出的各部位組分均與CO2超臨界流體提取的分析結(jié)果相吻合。Noctor等采用GC-TOFMS建立了樹(shù)葉粗提取物中氨基酸產(chǎn)生信息的數(shù)量本質(zhì),考察擬南芥葉子的甲醇/水提取物分析結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差,并結(jié)合高效液相色譜(HPLC)更精確地檢測(cè)氨基酸。在利用GC-MS分析過(guò)程中,通常需要不同的提取方法獲得更完整的代謝物信息,以便較全面地了解植物中的代謝輪廓相關(guān)信息。Jin等在對(duì)紅景天揮發(fā)性組分的初步研究中,分別通過(guò)水蒸餾和頂空液相的方法提取并檢測(cè)出75和68種代謝物,在比較兩相中的組分及含量后發(fā)現(xiàn)紅景天中主要含有的芳香油類(lèi)物質(zhì)均為單萜醇。Nappo等在采用GC-MS考察底棲硅藻Cocconeisscutellum的代謝輪廓時(shí),分別在電子轟擊電離源與化學(xué)電離源下,檢測(cè)了不同有機(jī)溶劑——乙醚和丁醇提取出的代謝物,初步闡明了Cocconeisscutellum的代謝型及其在海洋底棲生物中的生態(tài)作用。通過(guò)GC-MS技術(shù)對(duì)植物不同組成的提取物進(jìn)行檢測(cè),可有效地分析出其代謝輪廓的差異,可應(yīng)用于植物的種植、品種的質(zhì)量評(píng)估等方面。Tianniam等利用熱分解-GC-MS檢測(cè)手段和PLS-DA數(shù)據(jù)分析,有效鑒別多種白芷并建立了可用于精確、可靠預(yù)測(cè)白芷質(zhì)量的模型。3.3血漿代謝動(dòng)力學(xué)利用GC-MS技術(shù)對(duì)人或動(dòng)物體內(nèi)的代謝物進(jìn)行較全面的測(cè)定,可用于疾病的診斷、疾病發(fā)病過(guò)程的監(jiān)測(cè)、以及藥理學(xué)中對(duì)藥品療效和代謝狀況的考察。在疾病診斷中,通過(guò)對(duì)患者與正常人的血清、血漿或尿液等進(jìn)行檢測(cè)比較,分析代謝物間的差異從而獲得鑒定某種疾病的標(biāo)記物。Wang和Mao通過(guò)GC-MS分別檢測(cè)了阿爾茨海默爾癥患者和腎移植手術(shù)中出現(xiàn)急性排斥反應(yīng)病人的血清,由代謝輪廓分析得出二十二碳六烯酸(DHA)為阿爾茨海默爾癥中最具潛力的脂肪酸生物標(biāo)記物,而通過(guò)監(jiān)督聚簇分析代謝物水平的差異,有效地鑒定了腎移植手術(shù)中的病人狀況。血漿中代謝物的分析可對(duì)2型糖尿病患者及治療前后的代謝輪廓有清楚的認(rèn)識(shí),還可對(duì)冠狀動(dòng)脈心臟病進(jìn)行臨床實(shí)踐分類(lèi)識(shí)別。Wu等在對(duì)肝細(xì)胞癌的研究中,通過(guò)分析尿液和食道癌患者的粘膜組織,獲得了病人與正常人的代謝差異及臨床病理學(xué)的特性,為建立診斷模式提供了基礎(chǔ)。Lin等利用GC-MS考察了細(xì)胞系A(chǔ)549和AGS感染甲型流感病毒后的代謝輪廓,由兩者代謝物的差異及模式識(shí)別不同細(xì)胞系對(duì)病毒的敏感度。Song等抽樣調(diào)查了中國(guó)神經(jīng)管缺失的原因及先天性代謝紊亂,發(fā)現(xiàn)孕婦患者由于維生素B12缺失等會(huì)引起新生兒肝內(nèi)膽汁淤積,并誘發(fā)神經(jīng)管缺失癥。在藥理學(xué)中,GC-MS對(duì)藥品成分較強(qiáng)的分析鑒別能力使其廣泛應(yīng)用于體內(nèi)藥物分析和藥物代謝動(dòng)力學(xué)等方面的研究中。Song等利用GC×GC-TOFMS分析了78種藥品標(biāo)準(zhǔn)混合物樣品,發(fā)現(xiàn)能夠檢測(cè)出多數(shù)藥物組分,其中曲馬朵、地西泮、奧氮平和地昔帕明在分析中表現(xiàn)出典型的線(xiàn)性關(guān)系和精確度,除撲熱息痛和苯妥英形成不規(guī)則的峰外,其他藥物形成色譜峰均可識(shí)別分析,有效地證明GC-MS可用于觀察藥物在人體內(nèi)的吸收效果。Bando等發(fā)現(xiàn)樣品采集過(guò)程會(huì)對(duì)藥理學(xué)分析結(jié)果產(chǎn)生重要的影響,且在尿液與血漿代謝組學(xué)分析中,發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)存時(shí)間會(huì)明顯改變尿液的代謝輪廓;而血漿代謝輪廓的分析受采樣點(diǎn)、抗凝血?jiǎng)┯绊戄^大,與麻醉效果無(wú)關(guān)。Aa等利用了GC-TOF-MS對(duì)注入不同劑量雷公藤內(nèi)酯的老鼠進(jìn)行血清代謝組分析,發(fā)現(xiàn)雷公藤內(nèi)酯會(huì)引起代謝型的偏差,并促使?；撬?、脂肪酸產(chǎn)生干擾,最終表現(xiàn)出其對(duì)肝臟的毒性。3.4gc-ms檢測(cè)GC-MS在動(dòng)物、食品生產(chǎn)等領(lǐng)域也有較為成熟的應(yīng)用,通過(guò)對(duì)代謝物的檢測(cè)分析,有效地了解代謝物的變化趨勢(shì),為宏觀的表型提供微觀的解釋。針對(duì)紅尾肉蠅因光周期誘導(dǎo)的蛹期滯育和溫度誘導(dǎo)的快速冷硬化現(xiàn)象,Michaud等利用GC-MS分析比較出該過(guò)程中代謝物變化存在極大的差異,并討論了發(fā)生改變的代謝物在生物體抗寒中發(fā)揮的作用,提出GC-MS檢測(cè)結(jié)果對(duì)昆蟲(chóng)生理學(xué)系統(tǒng)分析的價(jià)值。Ralston-Hooper也利用GC×GC-TOFMS分析不同生長(zhǎng)環(huán)境及化學(xué)應(yīng)激(阿特拉嗪)下的粘杜父魚(yú)的代謝輪廓,建立了可行的色譜峰歸一化方法,觀察不同環(huán)境條件下樣品的差異。Park等采用GC-MS分析出了豆豉發(fā)酵過(guò)程中的定向代謝物,包括20種氨基酸、12種有機(jī)酸和9種脂肪酸,并比較了發(fā)酵不同時(shí)期各物質(zhì)的變化,為豆豉生產(chǎn)過(guò)程控制提供了獨(dú)特的視角。4衍生化過(guò)程及展望GC-MS最主要