依书而居

第一篇 导 论

1 脂质与脂质组学 …………………………………………………………………………… 2

1. 1 脂质 …………………………………………………………………………………… 2

1. 1. 1 定义 ……………………………………………………………………………… 2

1. 1. 2 分类 ……………………………………………………………………………… 3

1. 2 脂质组学 ……………………………………………………………………………… 9

1. 2. 1 定义 ……………………………………………………………………………… 9

1. 2. 2 脂质组学发展史………………………………………………………………… 10

参考文献 ………………………………………………………………………………… 11

2 脂质组学的质谱分析 …………………………………………………………………… 15

2. 1 电离技术 …………………………………………………………………………… 15

2. 1. 1 电喷雾电离……………………………………………………………………… 16

2. 1. 2 基质辅助激光解吸 / 离子化 …………………………………………………… 22

2. 2 质量分析器 ………………………………………………………………………… 23

2. 2. 1 四极杆质量分析器……………………………………………………………… 23

2. 2. 2 飞行时间质量分析器…………………………………………………………… 24

2. 2. 3 离子阱质量分析器……………………………………………………………… 25

2. 3 检测器 ……………………………………………………………………………… 26

2. 4 串联质谱技术 ……………………………………………………………………… 27

2. 4. 1 产物离子分析…………………………………………………………………… 28

2. 4. 2 中性丢失扫描…………………………………………………………………… 28

2. 4. 3 前体离子扫描…………………………………………………………………… 28

2. 4. 4 选择反应监测…………………………………………………………………… 29

2. 4. 5 串联质谱技术…………………………………………………………………… 29

2. 5 质谱分析脂质的其他最新进展 …………………………………………………… 31

2. 5. 1 离子淌度质谱…………………………………………………………………… 31

2. 5. 2 解吸电喷雾电离………………………………………………………………… 32

参考文献 ………………………………………………………………………………… 33

3 基于质谱的脂质组学 …………………………………………………………………… 38

3. 1 引言 ………………………………………………………………………………… 38

3. 2 鸟枪法脂质组学 …………………………………………………………………… 38

3. 2. 1 直接进样装?…………………………………………………………………… 38

3. 2. 2 鸟枪法脂质组学的特点………………………………………………………… 39

3. 2. 3 鸟枪法脂质组学………………………………………………………………… 40

3. 2. 4 优缺点…………………………………………………………………………… 45

3. 3 基于 LC-MS 的脂质组学方法 ……………………………………………………… 47

3. 3. 1 概述……………………………………………………………………………… 47

3. 3. 2 基于 LC-MS 的脂质组学方法 ………………………………………………… 48

3. 3. 3 优点和缺点……………………………………………………………………… 52

3. 3. 4 LC-MS 分离后脂质的鉴定 …………………………………………………… 52

3. 4 脂质组学中的 MALDI-MS ………………………………………………………… 53

3. 4. 1 概述……………………………………………………………………………… 53

3. 4. 2 脂质提取物的分析……………………………………………………………… 53

3. 4. 3 优点和缺点……………………………………………………………………… 54

3. 4. 4 MALDI-MS 在脂质组学中的研究进展 ……………………………………… 54

参考文献 ………………………………………………………………………………… 56

4 质谱技术在脂质组学应用中的变量因素 ……………………………………………… 63

4. 1 引言 ………………………………………………………………………………… 63

4. 2 脂质提取过程中的变量因素(即多重提取条件) ………………………………… 63

4. 2. 1 pH ……………………………………………………………………………… 63

4. 2. 2 溶剂极性………………………………………………………………………… 63

4. 2. 3 脂质固有的化学性质…………………………………………………………… 64

4. 3 进样溶液中的变量因素 …………………………………………………………… 64

4. 3. 1 极性、组成、离子对以及其他变量……………………………………………… 64

4. 3. 2 改性剂的含量及组成…………………………………………………………… 65

4. 3. 3 进样溶液中的脂质浓度………………………………………………………… 69

4. 4 离子化过程中的变量因素 ………………………………………………………… 69

4. 4. 1 离子源温度……………………………………………………………………… 69

4. 4. 2 喷雾电压………………………………………………………………………… 70

4. 4. 3 进样 / 流动相的流速 …………………………………………………………… 70

4. 5 MS / MS 扫描监测过程中的结构单元 ……………………………………………… 72

4. 5. 1 前体离子扫描中碎片离子的 m / z …………………………………………… 72

4. 5. 2 中性丢失扫描中中性丢失片段的质量………………………………………… 72

4. 5. 3 产物离子质谱分析中的结构单元碎片………………………………………… 73

4. 6 碰撞过程中的变量 ………………………………………………………………… 73

4. 6. 1 碰撞能量………………………………………………………………………… 73

4. 6. 2 碰撞气压………………………………………………………………………… 74

4. 6. 3 碰撞气体类型…………………………………………………………………… 76

4. 7 分离过程中的变量 ………………………………………………………………… 77

4. 7. 1 源内分离中的电荷性质………………………………………………………… 77

4. 7. 2 LC 分离中的洗脱时间 ………………………………………………………… 79

4. 7. 3 MALDI 中选择离子化的基质 ………………………………………………… 79

4. 7. 4 离子淌度分离中的漂移时间(或碰撞截面) ………………………………… 80

4. 8 结论 ………………………………………………………………………………… 81

参考文献 ………………………………………………………………………………… 81

5 生物信息学在脂质组学中的应用 ……………………………………………………… 86

5. 1 引言 ………………………………………………………………………………… 86

5. 2 脂质文库和数据库 ………………………………………………………………… 87

5. 2. 1 脂质代谢途径研究计划(Lipid MAPS)结构数据库 ………………………… 87

5. 2. 2 基于结构单元概念的理论数据库……………………………………………… 88

5. 2. 3 LipidBlast - 电子串联质谱库 ………………………………………………… 92

5. 2. 4 METLIN 数据库 ………………………………………………………………… 93

5. 2. 5 人类代谢组数据库……………………………………………………………… 93

5. 2. 6 LipidBank 数据库 ……………………………………………………………… 94

5. 3 用于自动化脂质数据处理的生物信息学工具 …………………………………… 94

5. 3. 1 LC-MS 谱图处理 ……………………………………………………………… 94

5. 3. 2 生物统计分析和可视化………………………………………………………… 95

5. 3. 3 脂质种类结构的解释…………………………………………………………… 96

5. 3. 4 用于常见数据处理的软件包…………………………………………………… 97

5. 4 脂质网络 / 通路分析和建模的生物信息学………………………………………… 100

5. 4. 1 脂质网络 / 通路的重建………………………………………………………… 100

5. 4. 2 模拟用于解释生物合成途径的脂质组学数据 ……………………………… 100

5. 4. 3 空间分布和生物物理背景建模 ……………………………………………… 102

5. 5 “组学”整合 ………………………………………………………………………… 103

5. 5. 1 脂质组学与其他组学的整合 ………………………………………………… 103

5. 5. 2 脂质组学为基因组学分析提供指引 ………………………………………… 103

参考文献 ……………………………………………………………………………… 104

第二篇 脂质的表征

6 简介 ……………………………………………………………………………………… 110

6. 1 脂质结构表征 ……………………………………………………………………… 110

6. 2 脂质定性的模式识别 ……………………………………………………………… 113

6. 2. 1 模式识别的基本原则 ………………………………………………………… 113

6. 2. 2 应用举例 ……………………………………………………………………… 114

6. 2. 3 小结 …………………………………………………………………………… 122

参考文献 ……………………………………………………………………………… 122

7 甘油磷脂的裂解特征 …………………………………………………………………… 125

7. 1 引言 ………………………………………………………………………………… 125

7. 2 磷脂酰胆碱(PC) …………………………………………………………………… 126

7. 2. 1 正离子模式 …………………………………………………………………… 126

7. 2. 2 负离子模式 …………………………………………………………………… 128

7. 3 磷脂酰乙醇胺(PE) ………………………………………………………………… 130

7. 3. 1 正离子模式 …………………………………………………………………… 130

7. 3. 2 负离子模式 …………………………………………………………………… 131

7. 4 磷脂酰肌醇(PI)和磷脂酰肌醇磷酸 ……………………………………………… 133

7. 4. 1 正离子模式 …………………………………………………………………… 133

7. 4. 2 负离子模式 …………………………………………………………………… 133

7. 5 磷脂酰丝氨酸(PS) ………………………………………………………………… 133

7. 5. 1 正离子模式 …………………………………………………………………… 133

7. 5. 2 负离子模式 …………………………………………………………………… 134

7. 6 磷脂酰甘油(PG) …………………………………………………………………… 135

7. 6. 1 正离子模式 …………………………………………………………………… 135

7. 6. 2 负离子模式 …………………………………………………………………… 135

7. 7 磷脂酸(PA) ………………………………………………………………………… 136

7. 7. 1 正离子模式 …………………………………………………………………… 136

7. 7. 2 负离子模式 …………………………………………………………………… 136

7. 8 心磷脂(CL) ………………………………………………………………………… 136

7. 9 溶血甘油磷脂(lysoGLP)…………………………………………………………… 137

7. 9. 1 溶血卵磷脂(LPC) …………………………………………………………… 137

7. 9. 2 溶血磷脂酰乙醇胺(LPE) …………………………………………………… 139

7. 9. 3 阴离子溶血甘油磷脂(anionic lysoGPL) …………………………………… 140

7. 10 其他甘油磷脂……………………………………………………………………… 140

7. 10. 1 N-酰基化磷脂酰乙醇胺 …………………………………………………… 140

7. 10. 2 N-酰基化磷脂酰丝氨酸 …………………………………………………… 141

7. 10. 3 酰基磷脂酸甘油……………………………………………………………… 141

7. 10. 4 双(单酰甘油)磷酸酯(BMP) ……………………………………………… 141

7. 10. 5 环状磷脂酸…………………………………………………………………… 141

参考文献 ……………………………………………………………………………… 142

8 鞘脂的裂解特征 ………………………………………………………………………… 146

8. 1 引言 ………………………………………………………………………………… 146

8. 2 神经酰胺 …………………………………………………………………………… 146

8. 2. 1 正离子模式 …………………………………………………………………… 146

8. 2. 2 负离子模式 …………………………………………………………………… 147

8. 3 神经鞘磷脂 ………………………………………………………………………… 148

8. 3. 1 正离子模式 …………………………………………………………………… 148

8. 3. 2 负离子模式 …………………………………………………………………… 149

8. 4 脑苷脂 ……………………………………………………………………………… 149

8. 4. 1 正离子模式 …………………………………………………………………… 149

8. 4. 2 负离子模式 …………………………………………………………………… 150

8. 5 硫苷脂 ……………………………………………………………………………… 151

8. 6 寡糖基神经酰胺与神经节苷脂 …………………………………………………… 152

8. 7 肌醇磷酸神经酰胺 ………………………………………………………………… 153

8. 8 鞘脂的代谢产物 …………………………………………………………………… 153

8. 8. 1 鞘氨醇骨架 …………………………………………………………………… 153

8. 8. 2 1-磷酸鞘氨醇 ………………………………………………………………… 154

8. 8. 3 溶血鞘磷脂 …………………………………………………………………… 155

8. 8. 4 神经鞘氨醇半乳糖苷 ………………………………………………………… 155

参考文献 ……………………………………………………………………………… 155

9 甘油脂的裂解特征 ……………………………………………………………………… 157

9. 1 引言 ………………………………………………………………………………… 157

9. 2 甘油单酯 …………………………………………………………………………… 158

9. 3 甘油二酯 …………………………………………………………………………… 158

9. 4 甘油三酯 …………………………………………………………………………… 161

9. 5 已糖基甘油二酯 …………………………………………………………………… 161

9. 6 其他糖脂 …………………………………………………………………………… 163

参考文献 ……………………………………………………………………………… 164

10 脂肪酸和改性脂肪酸的裂解特征 …………………………………………………… 166

10. 1 引言………………………………………………………………………………… 166

10. 2 游离脂肪酸………………………………………………………………………… 167

10. 2. 1 未衍生化的游离脂肪酸……………………………………………………… 167

10. 2. 2 衍生化的游离脂肪酸………………………………………………………… 169

10. 3 改性脂肪酸………………………………………………………………………… 170

10. 4 脂肪酸组学………………………………………………………………………… 172

参考文献 ……………………………………………………………………………… 176

11 其他生物活性脂质代谢物的裂解特征 ……………………………………………… 178

11. 1 引言………………………………………………………………………………… 178

11. 2 酰基肉碱…………………………………………………………………………… 178

11. 3 酰基辅酶 A ……………………………………………………………………… 180

11. 4 内源性大麻素……………………………………………………………………… 180

11. 4. 1 N-酰基乙醇胺 ……………………………………………………………… 181

11. 4. 2 2-酰基丙三醇 ……………………………………………………………… 181

11. 4. 3 N-酰基氨基酸 ……………………………………………………………… 181

11. 5 4-羟基烯醛 ……………………………………………………………………… 181

11. 6 氯化脂质…………………………………………………………………………… 183

11. 7 固醇和氧固醇……………………………………………………………………… 184

11. 8 脂肪酸-羟基脂肪酸 ……………………………………………………………… 185

参考文献 ……………………………………………………………………………… 186

12 脂质的质谱成像分析 ………………………………………………………………… 189

12. 1 引言………………………………………………………………………………… 189

12. 1. 1 适用于脂质质谱成像的样品………………………………………………… 190

12. 1. 2 样品处理 / 准备 ……………………………………………………………… 190

12. 1. 3 基质的应用……………………………………………………?…………… 190

12. 1. 4 数据处理……………………………………………………………………… 192

12. 2 MALDI-MS 成像 ………………………………………………………………… 193

12. 3 二次离子质谱成像………………………………………………………………… 195

12. 4 DESI-MS 成像 …………………………………………………………………… 196

12. 5 离子淌度成像……………………………………………………………………… 197

12. 6 脂质质谱成像分析的优点和缺点………………………………………………… 197

12. 6. 1 优点…………………………………………………………………………… 197

12. 6. 2 局限性………………………………………………………………………… 198

参考文献 ……………………………………………………………………………… 198

第三篇 脂质的定量

13 样品前处理 …………………………………………………………………………… 206

13. 1 引言………………………………………………………………………………… 206

13. 2 采样、储存及相关问题 …………………………………………………………… 206

13. 2. 1 采样…………………………………………………………………………… 206

13. 2. 2 萃取前的样品储存…………………………………………………………… 208

13. 2. 3 最大限度地减少自动氧化…………………………………………………… 208

13. 3 脂质萃取的原则与方法…………………………………………………………… 209

13. 3. 1 脂质的萃取原则……………………………………………………………… 210

13. 3. 2 内标…………………………………………………………………………… 212

13. 3. 3 脂质萃取方法………………………………………………………………… 214

13. 3. 4 脂质萃取过程中的注意事项………………………………………………… 217

13. 3. 5 脂质萃取物的储存…………………………………………………………… 218

参考文献 ……………………………………………………………………………… 218

14 脂质组学中各个脂质的定量分析 …………………………………………………… 221

14. 1 引言………………………………………………………………………………… 221

14. 2 脂质质谱定量原理………………………………………………………………… 223

14. 3 脂质定量方法……………………………………………………………………… 225

14. 3. 1 串联质谱法…………………………………………………………………… 225

14. 3. 2 多维质谱“鸟枪法”脂质组学中的两步法定量 …………………………… 229

14. 3. 3 选择离子监测模式(SIM) …………………………………………………… 231

14. 3. 4 选择反应监测模式(SRM) ………………………………………………… 233

14. 3. 5 基于高准确度质谱的定量方法……………………………………………… 235

参考文献 ……………………………………………………………………………… 237

15 影响脂质精确定量的因素 …………………………………………………………… 241

15. 1 引言………………………………………………………………………………… 241

15. 2 脂质聚合…………………………………………………………………………… 241

15. 3 定量分析的线性动态范围………………………………………………………… 242

15. 4 串联质谱法定量分析脂质时的基本要素………………………………………… 244

15. 5 离子抑制…………………………………………………………………………… 245

15. 6 质谱基线…………………………………………………………………………… 247

15. 7 同位素的影响……………………………………………………………………… 247

15. 8 定量分析所用内标的最小数量…………………………………………………… 249

15. 9 源内裂解…………………………………………………………………………… 250

15. 10 溶剂的质量 ……………………………………………………………………… 251

15. 11 脂质定量分析中的其他方面 …………………………………………………… 251

参考文献 ……………………………………………………………………………… 251

16 数据质量控制与分析 ………………………………………………………………… 254

16. 1 引言………………………………………………………………………………… 254

16. 2 数据质量控制……………………………………………………………………… 255

16. 3 通过识别脂质代谢途径进行数据分析…………………………………………… 256

16. 3. 1 鞘脂代谢途径网络…………………………………………………………… 256

16. 3. 2 甘油磷脂的生物合成途径网络……………………………………………… 256

16. 3. 3 甘油脂的代谢………………………………………………………………… 259

16. 3. 4 不同脂质之间的相互关?…………………………………………………… 259

16. 4 基于脂质功能的数据分析………………………………………………………… 259

16. 4. 1 作为细胞膜成分的脂质……………………………………………………… 260

16. 4. 2 脂质作为细胞能量储存库…………………………………………………… 261

16. 4. 3 脂质信号分子………………………………………………………………… 263

16. 4. 4 脂质在细胞内的其他作用…………………………………………………… 264

16. 5 由于样品不均匀性和细胞区室的存在导致的数据分析复杂性………………… 265

16. 6 整合“组学”数据进行数据验证 ………………………………………………… 266

参考文献 ……………………………………………………………………………… 267

第四篇 脂质组学在生物医学及生物学领域的应用

17 关于健康和疾病的脂质组学 ………………………………………………………… 272

17. 1 引言………………………………………………………………………………… 272

17. 2 糖尿病和肥胖症…………………………………………………………………… 273

17. 3 心血管疾病………………………………………………………………………… 274

17. 4 非酒精性脂肪肝…………………………………………………………………… 275

17. 5 阿尔茨海默病……………………………………………………………………… 276

17. 6 精神疾病…………………………………………………………………………… 278

17. 7 癌症………………………………………………………………………………… 278

17. 8 营养学中的脂质组学……………………………………………………………… 280

17. 8. 1 脂质组学在特殊膳食或挑战性试验研究中的应用………………………… 280

17. 8. 2 脂质组学在食品质量控制方面的应用……………………………………… 281

参考文献 ……………………………………………………………………………… 281

18 植物脂质组学 ………………………………………………………………………… 290

18. 1 引言………………………………………………………………………………… 290

18. 2 植物脂质组中的特殊脂质………………………………………………………… 291

18. 2. 1 半乳糖脂……………………………………………………………………… 291

18. 2. 2 鞘脂…………………………………………………………………………… 292

18. 2. 3 固醇及其衍生物……………………………………………………………… 293

18. 2. 4 硫脂…………………………………………………………………………… 294

18. 2. 5 脂质 A 及其中间体 ………………………………………………………… 294

18. 3 脂质组学在植物生物学中的应用………………………………………………… 294

18. 3. 1 应激诱导的植物脂质体变化………………………………………………… 294

18. 3. 2 植物生长发育过程中脂质体的变化………………………………………… 298

18. 3. 3 脂质组学在基因功能表征中的应用………………………………………… 299

18. 3. 4 脂质组学有助于改善转基因食品的质量…………………………………… 301

参考文献 ……………………………………………………………………………… 301

19 酵母菌和结核分枝杆菌的脂质组学 ………………………………………………… 305

19. 1 引言………………………………………………………………………………… 305

19. 2 酵母脂质组学……………………………………………………………………… 306

19. 2. 1 酵母脂质组质谱分析策略…………………………………………………… 306

19. 2. 2 酵母脂质组的定量分析……………………………………………………… 307

19. 2. 3 不同酵母菌株的脂质组学…………………………………………………… 307

19. 2. 4 酵母脂质组学对脂质合成及功能的影响…………………………………… 308

19. 2. 5 生长条件对酵母脂质组的影响……………………………………………… 311

19. 3 结核分枝杆菌的脂质组学………………………………………………………… 311

参考文献 ……………………………………………………………………………… 313

20 细胞器和亚细胞膜中的脂质组学 …………………………………………………… 316

20. 1 引言………………………………………………………………………………… 316

20. 2 高尔基体…………………………………………………………………………… 316

20. 3 脂滴………………………………………………………………………………… 318

20. 4 脂筏………………………………………………………………………………… 318

20. 5 线粒体……………………………………………………………………………… 320

20. 6 细胞核……………………………………………………………………………… 323

20. 7 结论…………………………………………………?…………………………… 323

参考文献 ……………………………………………………………………………… 324

索引 ………………………………………………………………………………………… 328