【淌度突围】timsMetabo™ 领跑代谢精准分析

在乳腺癌、阿尔茨海默病、缺血性中风等重大疾病的临床研究中，代谢组学分析正成为解锁疾病潜在机制、挖掘生物标志物的关键工具。然而长期以来，样本中超过  80%  的代谢特征无法实现精准注释，低分子量代谢物检测灵敏度不足等痛点，始终制约着临床代谢组学研究的突破与转化。如今，一项基于新型捕集离子淌度质谱（timsTOF  MS）的技术方案，为上述行业难题提供了高效解决方案！来自德国图宾根大学等顶尖科研机构的研究团队，创新性地联合应用 timsMetabo™ 与  timsTOF Pro 2 两大平台，在尿液、血清、脑脊液等典型临床生物样本的代谢分析中取得突破性进展。

创新方案解读：四维体系赋能精准注释

• 该技术的核心突破在于构建四维代谢组学分析体系—— 创新性地将捕集离子淌度(TIMS) 技术带来的碰撞截面积 (CCS) 维度，与传统分析依赖的保留时间 (RT)、质荷比 (m/z)、信号强度 (Intensity) 三维信息深度融合，从根本上提升代谢物注释的准确性与可信度。

• 搭配亲水相互作用色谱（HILIC）分离模式与专属优化注释流程，该方案整合了自建谱库与商业谱库的双重优势：依托自建谱库可实现代谢物的 1 级确定性注释，结合商业谱库则能完成 2 级推测性注释，显著拓宽注释覆盖范围。

• timsMetabo™硬件端的升级迭代大幅提升了检测性能，尤其针对氨基酸、溶血磷脂酰胆碱等小分子代谢物的检测灵敏度实现质的飞跃，脑脊液样本中目标代谢物的检测信号更清晰、为微量代谢物的精准分析奠定坚实基础。

标准化实验流程：数据采集全解析

采用液相色谱 - 捕集离子淌度飞行时间质谱（LC-timsTOF）技术，对尿液、血清、脑脊液（CSF）这三种典型临床生物液体样本开展系统性检测分析。

• 样本前处理：血清与脑脊液样本采用乙腈（ACN）沉淀蛋白，尿液样本采用乙腈稀释，所有样本经前处理后均进行离心操作,以去除基质干扰，提升检测准确性。
  

• LC-MS/MS 检测条件：采用亲水相互作用色谱（HILIC）分离，流动相 A 为含 0.1% 甲酸的 10 mM 甲酸铵溶液，流动相 B 为含 0.1% 甲酸、90% 乙腈的 10 mM 甲酸铵溶液；检测采用正离子采集模式，质荷比（m/z）扫描范围为 50-1300，兼顾高低分子量代谢物的检测需求。

• 检测平台：分别在德国图宾根（Tübingen）的 timsTOF Pro 2 平台与德国不来梅新型 timsMetabo™ 平台上进行检测，通过双平台协同进一步提升代谢物覆盖度。
  

• 技术联用：整合捕获离子淌度谱（碰撞截面积 CCS）与串联质谱技术（可获取质荷比 m/z 数据及二级质谱 MS/MS 图谱），为代谢物定性提供多维度证据。

• 注释方法： 结合自建谱库与商业谱库开展分层注释 —— 自建谱库仅用于 timsTOF Pro 2 平台，实现 1 级注释。商业谱库适用于 timsTOF Pro 2 及 timsMetabo™ 双平台，完成 2 级注释。

多场景数据分析：临床价值深度验证

Part A

脑脊液样本神经退行性疾病代谢特征挖掘

• 研究对象：阿尔茨海默病（AD）患者15例、帕金森病（PD）患者15例

• 核心成果：两台仪器联合分析共获得334个代谢物注释结果；timsMetabo平台展现出更优的检测灵敏度，对氨基酸、溶血磷脂酰胆碱（lyso-PCs）等代谢物的检测优势尤为突出（图1）

 图 1：L - 精氨酸（ [M+H]⁺，质荷比 m/z 175.11952 ）的提取离子流图（EICs）

A）基于 timsTOF Pro 2 平台的检测结果 

B）基于 timsMetabo 平台的检测结果

图2：基于 timsTOF Pro 2 与 timsMetabo 平台联合检测数据，对阿尔茨海默病（AD）与帕金森病（PD）患者脑脊液（CSF）中已鉴定化合物开展的代谢通路分析

Part B

尿液样本：罕见病代谢机制研究突破

• 研究对象：异染性脑白质营养不良（MLD）患者 25 例（该病以神经系统进行性退行性病变为核心特征）

• 核心成果：自建谱库（涵盖质谱 MS、二级质谱 MS²、离子淌度 IM、保留时间 RT 数据）的注释贡献占比达 57%，再次印证自建谱库仍是代谢物注释的 “黄金标准”；检测到代谢差异与疾病特有的代谢废物堆积、运动功能障碍等病理机制高度契合（图 3）

图 3：基于表型的稳定型患者与进展型患者富集分析

Part C

血清样本：生殖系统疾病代谢标志物筛选

• 研究对象：子宫内膜异位症患者4例、健康对照者9 例，

• 基于 timsMetabo™平台完成检测

• 核心成果：两组人群的代谢表型存在显著差异（图4）；子宫内膜异位症患者体内α-亚油酸（氧化脂质前体物质）水平显著升高，肉碱与溶血磷脂酰胆碱（Lyso-PCs）的谱图特征也呈现明显区别（图5）

 图4：基于表型的主成分分析（PCA）二维得分图

图 5：子宫内膜异位症患者与健康对照者（HC）血清样本中 25 种差异最显著的代谢物

timsMetabo™ 解锁精准临床代谢组学新潜能

布鲁克（Bruker）timsMetabo™（TIMS-QTOF）凭借捕集离子淌度谱（TIMS）分离技术与优化升级的离子传输系统，在典型临床生物样本分析中展现出卓越性能：不仅有效改善临床样本的表型分层效果，还能同时覆盖极性代谢物与脂质类化合物，实现全类型代谢物的一网打尽。timsMetabo™进一步扩大了代谢物注释范围，尤其针对低分子量化合物的注释覆盖度提升显著；而优化后的实验流程结合离子淌度技术的应用，更实现了 “注释数量提升” 与 “注释可信度增强” 的双重突破，为临床代谢组学研究的标准化、精准化发展注入全新动力。

参考文献

[1] N. Amiri-Dashatan et al., Int. J. Biol. Markers. 2022, 37(4):349-359, doi:10.1177/03936155221123343

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