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质谱技术、代谢组学与精准医学

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9月14日-16日,2017第四届诺贝尔奖获得者医学峰会在贵阳盛大召开。中央民族大学副校长再帕尔·阿不力孜作为特邀嘉宾出席,围绕“质谱技术、代谢组学与精准医学”为我们分享了他的研究心得。

质谱技术、代谢组学与精准医学

再帕尔·阿不力孜,中央民族大学副校长,中国分析测试协会副理事长,中国质谱学会副理事长,中国医学科学院北京协和医学院药物研究所研究员,天然药物活性物质与功能国家重点实验室副主任。先后承担及参加了十多项科研项目,包括国家’973’项目子课题、国家自然科学基金项目(4项)、科技部专项和”十一五”国家重大科学研究计划项目等。

精准医学更注重多学科交叉融合

精准医学回答了关于疾病发生的本质问题。但是关于标志物的发现和进一步发展一些分子分析和相关的诊疗方法,尤其是分析和交叉,需要做分析化学的人来研究。精准医学不只是一门科学,应该是多学科、多手段的交叉与融合。疾病的防治不仅仅需要医学、生物学,还需要化学、物理等学科与技术的协同攻关。除了综合的一些手段,还需要多样性、特异性的分析技术,包括分子检测、组学分析、单细胞分析、分子影像或成像、分子病理新手段技术以及大数据分析。在新标志物的发现和临床检测新技术的研发这方面,应该发展基于分子病理的分子分型、分子分期、鉴别诊断、预后判断等,实现早期诊断、靶向治疗,解决耐药性的问题。

质谱技术有望推动精准医学的发展

最早的组学是从核磁共振技术开始,以质谱为核心,是现在主要的评估手段之一。由于代谢物数量多,理化性质各异,含量的范围差别太大,因而对分析技术提出巨大的挑战。因为质谱技术的灵敏度高、专属性强和检测动态范围等特点,再加上这些年早期关注基因、蛋白,相信随着研究和深入的发展,疾病标志物以及个体代谢表征,结合基因的表达实现疾病的诊断、病程监测,质谱技术有望推动精准医学及其个体化诊疗的发展。

质谱技术、代谢组学与精准医学

代谢组学很早就被应用于临床

最早在60 年代,对苯丙氨酸筛查72 类,甲状腺素都有很好的应用。随着质谱技术在临床简便化以后,在2001 年,国外的大医院来把针对氨基酸、有机酸等代谢物作为一个筛查疾病的指标。随着代谢组学1997 年提出来以后,这些年有了颠覆性的变化,一个是肌氨酸,通过系统的发现,肌氨酸发挥了重要的作用,以后还要逐渐深入地研究。

我们实验室从2007 年开始,从事代谢组学的研究,主要是两个方面进行分析方法的发展,一个是基于LC—MS 技术的高通量代谢组学分析方法。另一个发展新型离子化质谱技术,构建OFAI—MSI 质谱成像技术平台。一方面开展整体动物体内药物分析的质谱成像新技术与方法。另一个是代谢组学与质谱成像技术相结合,提出并发展基于AFAI—MSI 技术的“成像代谢组学分析新方法”。一方面应用于药物药效和机制相关的研究,另一方面就是应用于临床病理分子研究。

质谱技术、代谢组学与精准医学

这十多年来,我们开始与中国医学科学院、分子肿瘤学国家重点实验室和北京和谐医院等合作,开展973、863、国家自然科学基金重点项目,临床和基础研究结合,构建全面质谱系统、完整的代谢组学分析技术平台与研究体系。另外是对检测出来的物质变量进行统计分析,尤其是临床的样本,要是想获得整个相关的标志物,一定是疾病的初期、中期、晚期收集,考察标志物有无规律。再有就是非靶向与靶向定量相结合的LC—MS/MS 代谢组学分析方法。

未来展望,代谢组学因为灵敏度高,提供的数据信息可以表征生物途径的微弱改变,并反映内代谢过程的变化等优势,可以通过代谢物变化规律寻找发生异常的代谢物和个体的代谢表征,从而结合其基因表达,力求实现疾病的准确诊断。

目前,质谱技术在很多领域的应用广泛,是非常全面而有价值的技术,尤其是分析化学技术,有助于实现医学方面的重大突破。

(摘自2017 第四届诺贝尔奖获得者医学峰会暨国际精准医学高峰论坛演讲)

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