代谢组学服务

01概述与价值链

标记：[EC：体外诊断与生物分析服务 | OECD：基因组学与生物信息学 | 监管机构：FDA（美国）、EMA（欧盟）、NMPA（中国）]

代谢组学服务利用互补的液相与气相色谱-质谱联用技术，对生物样本中的全套小分子代谢物——氨基酸、有机酸、脂质、糖类——进行图谱分析，将原始质谱数据转化为生物标志物图谱、药物反应读数及生物工艺代谢特征，服务于制药、营养及工业发酵客户。Metabolon运营着业内覆盖度最高的非靶向平台之一，其HD4平台及专有参比数据库支撑着发现阶段的生物标志物研究以及评估患者对新药代谢反应的药物代谢组学评估。总部位于奥地利的Biocrates Life Sciences销售经验证的绝对定量试剂盒——其MxP Quant 500图谱覆盖数百种代谢物——按cGMP/GLP标准运行，使实验室无需从零构建自有参比标准库即可对特定代谢物图谱进行定量。Creative Proteomics在美国运营一家综合多组学CRO，在提供蛋白质组学服务的同时，也提供深度的中心碳代谢与脂质组学图谱服务。在丹麦，MS-Omics（成立于2014年，总部位于韦德拜克）提供涵盖农业、食品及临床应用的代谢组学服务。在中国，深交所上市（688315）的基因组学与多组学CRO诺禾致源（成立于2011年，服务全球约90个国家/地区的7300余家客户）提供非靶向代谢组学（GC-MS/LC-MS）服务，并于2025年11月申请了一项与提升代谢物鉴定准确性直接相关的代谢物谱图库构建方法及数据库专利。

代谢组学服务的关键方向：

1. 非靶向（探索性）代谢组学： 对样本中尽可能多的可检测代谢物进行无偏向性LC-MS/GC-MS图谱分析，用于发现新型生物标志物或表征广泛的代谢变化。
2. 靶向（定量）代谢组学： 利用同位素标记内标及三重四极杆质谱在多反应监测（MRM）模式下，对特定代谢物图谱进行绝对定量。
3. 脂质组学： 采用适合疏水性分析物的C8/C18柱化学，专门针对脂质种类（磷脂、脂肪酸、甾醇）进行反相LC-MS图谱分析。
4. 生物信息学注释与通路分析： 将检测所得质谱与参比数据库（HMDB、METLIN）比对，并运行多元统计模型（PLS-DA、VIP评分），从原始峰表中识别显著性生物标志物。

行业价值链

[样本采集与代谢淬灭] ──> [提取与蛋白质沉淀] ──> [LC-MS/GC-MS分析]
                                                                                                  │
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                                                                                                  │
     [客户生物标志物/通路报告] <─── [化学计量学建模（PLS-DA/VIP）] <─── [峰值比对HMDB/METLIN注释]

价值链层级

该行业的跨领域技术：

• HILIC与反相LC-MS： 亲水相互作用色谱法用于分析高极性代谢物（氨基酸、有机酸、糖类），配合C8/C18反相色谱用于脂质及疏水性物质，共同覆盖代谢组的全极性范围。
• GC-MS衍生化： 一个两步化学过程（甲氧胺化后接MSTFA硅烷化），将极性、不挥发的代谢物转化为适合气相色谱分离的挥发性三甲基硅烷衍生物。
• 三重四极杆MRM定量： 靶向质谱技术，筛选特定前体离子并使其碎裂，检测特定产物离子，为绝对定量提供所需的高选择性与灵敏度。

02美国

美国拥有业内覆盖度最高的非靶向代谢组学平台以及综合多组学CRO服务。

Metabolon的超深度覆盖平台、Creative Proteomics的综合多组学CRO、CLIA/CAP合规

• Metabolon： 运营其HD4非靶向代谢组学平台及靶向图谱（脂质组学、肠道代谢物、氧化应激），依托专有参比数据库，服务于发现阶段的生物标志物研究及面向制药客户的药物反应药物代谢组学研究。
• Creative Proteomics： 运营一家综合多组学CRO，利用三重四极杆与Orbitrap质谱及毛细管电泳-质谱联用技术，提供深度中心碳代谢与脂质组学图谱服务，服务于学术及产业客户。
• 监管背景： 美国服务于临床应用的代谢组学实验室按CLIA/CAP诊断实验室标准运营，FDA的监管范围延伸至对生成临床级生物标志物判定所用化学计量学模型的核验。

03中国

中国将代谢组学服务同时融入药物反应研究及其独具特色的传统中医研究基础，依托庞大的国内多组学CRO产业。

诺禾致源的多组学CRO规模、代谢物谱图库专利、中医机制研究

• 诺禾致源： 深交所上市（688315）的基因组学与多组学CRO，成立于2011年，总部位于北京中关村生命科学园，在中国、美国、英国、德国、新加坡、泰国、韩国及日本设有实验室，服务全球约90个国家/地区的7300余家客户；公司提供非靶向代谢组学（GC-MS/LC-MS）服务，并于2025年11月申请了代谢物谱图库构建方法及数据库专利。
• 传统中医（TCM）研究： 一项独具特色的国家级应用，是利用代谢组学从科学层面表征多成分中药复方的作用机制，追踪患者血清中治疗前后花生四烯酸、脂质代谢及三羧酸循环通路的变化。
• 区域集群支持： 浙江、广东等地区的省级生物医药集群资金，已支持本地质谱基础设施投资，以服务国内代谢组学CRO及初创企业。

04欧盟

欧盟的代谢组学服务行业与肠道微生物组研究及严格的分析验证标准紧密相关。

Biocrates的经验证定量试剂盒、MS-Omics的微生物组相关服务、ISO 17025验证

• Biocrates Life Sciences（奥地利）： 销售经验证的绝对定量试剂盒——其MxP Quant 500图谱覆盖数百种代谢物——按cGMP/GLP标准运行，使实验室能够利用三重四极杆质谱对特定代谢物图谱进行定量，而无需构建自有参比数据库。
• MS-Omics（丹麦，成立于2014年）： 从其韦德拜克基地提供涵盖农业、食品及临床应用的代谢组学服务，是欧洲在短链脂肪酸与胆汁酸图谱分析方面更广泛专业化布局的一部分，与肠道微生物组及功能性营养客户相关。
• ISO 17025验证标准： 欧洲代谢组学实验室按严格的ISO 17025认可要求运营，要求对所用的每一种提取与测量方法的准确度、线性及检测限进行详细验证。

05领先企业与研究机构

06技术栈与创新

代谢组学服务技术栈将互补的色谱分离模式与适合代谢组极端化学多样性的质谱检测策略相结合：

1. HILIC与反相LC-MS分离：
   • 亲水相互作用色谱法分辨高极性代谢物（氨基酸、核苷酸、三羧酸循环有机酸），而C8/C18反相柱分离脂质及疏水性物质，共同在单一分析工作流程中覆盖代谢组的全极性范围。
2. GC-MS衍生化化学：
   • 甲氧胺化后接MSTFA硅烷化的两步过程，将极性、不挥发的代谢物转化为挥发性三甲基硅烷衍生物，使其可通过长毛细管柱进行气相色谱分离。
3. 三重四极杆MRM靶向定量：
   • 筛选特定前体离子（Q1）、在碰撞室中使其碎裂（q2）并检测特定产物离子（Q3），提供了相对于同位素标记内标进行绝对定量所需的选择性与灵敏度。

07价值链与生产管线

工业生物反应器培养液非靶向代谢组学图谱分析的产业管线

┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 1. 样本采集与               │ ───> │ 2. 代谢物提取与             │
│    代谢淬灭                  │      │    蛋白质沉淀                │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
                                                 │
                                                 ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 4. 配合QC监测的            │ <─── │ 3. 干燥与衍生化/           │
│    LC-MS/MS测定             │      │    复溶                     │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
              │
              ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 5. 峰值注释与               │ ───> │ 6. 化学计量学建模与         │
│    数据库比对                │      │    B2B报告交付              │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘

阶段1：样本采集与代谢淬灭

迅速过滤或离心培养液，将上清液瞬时置于液氮中冷却，并加入同位素标记内标混合物，以在代谢物图谱发生变化前将其瞬时固定。

阶段2：代谢物提取与蛋白质沉淀

向样本中加入冷80%甲醇，涡旋并孵育以沉淀干扰性蛋白质，随后高速离心以获得澄清的含代谢物上清液。

阶段3：干燥与衍生化/复溶

提取物在真空浓缩仪中干燥；LC-MS分析时将干燥残留物复溶于起始流动相，GC-MS分析则需经甲氧胺化后接MSTFA硅烷化，以使代谢物具备挥发性。

阶段4：配合QC监测的LC-MS/MS测定

将处理后的样本注入LC-MS/MS系统（针对极性组分采用HILIC模式），在正负离子模式下采集高分辨率质谱，并定期测定混合质控样本以追踪仪器漂移。

阶段5：峰值注释与数据库比对

原始质谱在XCMS中进行峰识别与保留时间对齐，检测到的精确质量（MS1）及碎裂谱（MS2）与HMDB参比数据库进行比对，同时过滤盐加合物等其他伪影。

阶段6：化学计量学建模与B2B报告交付

经注释的特征表通过多元统计模型（PLS-DA、VIP评分）分析以识别显著性生物标志物，结果汇编为面向客户的通路与生物标志物报告。