内容发布更新时间 : 2024/5/13 15:59:27星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

基于NMR的代谢组学体液样品制谱技术综述

【摘要】 核磁共振以其固有的定量性质和丰富的化学信息为代谢组学提供了一种重要的分析平台。典型的1h一维核磁共振实验得到的谱图可以有数以千计的谱峰。核磁共振分析的灵敏性也给代谢组学的分析带来了一定的挑战。本章综述了现今代谢组学中涉及体液核磁共振的主要分析技术。

【关键词】 核磁共振(nmr)； 代谢组学；制谱技术 样品制备

代谢组学中体液1h-nmr样品制备通常使用的缓冲液是用磷酸盐(0.2m-0.5m ,ph 7-7.4)配制的。加入缓冲液可以平衡样品中ph值及离子浓度的微小差异。通常使用的外标参考化合物是3-(三甲基硅基)丙酸钠tsp(ch3 ,δ0)[1]、3-三甲基硅丙烷磺酸钠dss(ch3 , δ0)，内标是肌氨酸(ch3, δ3.04)、乳酸(ch3 , δ1.34)、肌氨酸酐(ch3, δ3.04)、脂质(ch2c=c, δ1.89)等。如果在样品中加入一个另外的已知浓度的参照物，或者通过其它独立的方法(例如用传统的生化分析方法可以量化许多代谢产物)获得了样品中的一种物质的浓度，就可以确定样品中物质的绝对浓度。 一维1h-nmr实验

将样品放入仪器之后，常规的一维nmr实验步骤包括调谐、锁场匀场、选择序列、设置参数、采样。其中匀场是至关重要的一步。如今很多nmr仪器具有自动匀场的功能，但不能完全替代手动匀场，匀场过程需要实验者的经验累积。脉冲序列可以根据研究工作的需

要设计和编写，设置不同的参数可以达到不同的效果。由体液中的水产生的大的干扰信号通常通过使用标准nmr溶剂压制脉冲序列来消除。最常见的代谢组学一维体液nmr研究中的脉冲选择及参数设置如下：

1 水峰压制 由于代谢组学研究的大部分体液(如尿液、血液等)的主要成分是水[2]，谱图中强大的水信号几乎占满了采样计算机的全部动态范围，淹没了其它代谢物的核磁共振信号，为此，体液样品通常需要进行水峰压制。水峰压制在核磁共振实验中是一个很重要的课题，有许多成熟的方法，运用在代谢组学研究中的也有不少，比如预饱和(presaturation)、一维noe效应预饱和(one-dimension nuclear overhauser effect using solvent presaturation)、“水门”(watergate)及激励塑形es(excitation sculpting)、wet(water suppression enhanced through t1)脉冲序列等。由于代谢组学研究中的数据量庞大，每个样品实验时间有限，有时甚至是自动采集谱图，这样就无法对每个样品独立的进行参数配置及优化。现今在代谢组学研究使用的适合高通量实验的几种核磁共振水峰压制序列主要有以下几种。使用最广泛的就是图1的两种简单的一维标准脉冲序列。

图1 (a)预饱和脉冲序列；(b)noesypresat脉冲序列。 2 选择大、小分子信号的方法：尿液的核磁共振谱含有成千上万的低分子量代谢产物的锐利谱峰，而血浆及血清中则含有高、低分子量组分，而这些就使血浆谱图有一个大幅度范围的信号线宽。

其中蛋白质和脂蛋白贡献了强烈的宽信号，小分子贡献了锐峰信号叠加于宽峰信号之上。通过在分子扩散系数或核磁共振弛豫时间基础上编辑的标准核磁共振脉冲序列，可以分别用来选择来自大分子，或者小分子代谢物的信号。同时我们也可以利用这些方法来研究分子的流动性和灵活性，以及研究分子间的相互作用，例如小分子与蛋白质之间的可逆约束力。

现在基于nmr的代谢组学研究中应用最多的是弛豫加权法和扩散加权法，它们能够分别选择性地检测血液中的小分子和大分子信号。

3 参数设置 对于简单的一维实验，主要的实验参数分三类列于表1中。采样参数是对采集信号作出相应限制的参数，脉冲序列参数是根据实验的脉冲序列规定的，而数据处理参数是为了获得的傅立叶变换谱有更好的信噪比或分辨率而设定的一类参数。采样参数与所选的实验脉冲序列不一定有紧密的关系。实验之前就应预先对实验结果有一个设想，这些便反映到采样参数上，然后边实验边改进，直到最后满意。nmr实验者需要在选定参数时进行许多尝试。采样参数主要包括5个独立的参数：观测核、中心频率、谱宽、采样点数和信号增益。中心频率与谱宽在实验中依靠调整共振偏置同时得到确定。信号增益以fid不出现饱和溢出为宜。脉冲参数也包括5个主要的独立的参数：脉冲宽度、射频场衰减因子、脉冲前等待时间、累加次数和采样时间。脉冲宽度与射频场强度的乘积决定脉冲的激发角度。处理参数中只有变换点数和窗函数是主要的。