脂質(zhì)是機(jī)體內(nèi)的一類重要生物分子，具有種類繁多、不溶于水而易溶于非極性有機(jī)溶劑等特性。脂質(zhì)參與調(diào)節(jié)多種生命活動，脂質(zhì)代謝的異?？赡芤l(fā)諸多疾病如肥胖、動脈硬化、糖尿病等。脂質(zhì)組學(xué)通過研究脂質(zhì)在生物樣品中的組成、結(jié)構(gòu)及定量等方式來闡明脂質(zhì)的代謝方式，可以用來尋找生物標(biāo)志物、研究脂質(zhì)分子總體水平在各種生命現(xiàn)象中的作用機(jī)制。近年來，由于人們對脂質(zhì)生物學(xué)功能重要性的認(rèn)識不斷加深和質(zhì)譜技術(shù)的不斷革新，脂質(zhì)組學(xué)作為代謝組學(xué)的一個重要分支逐漸引起了科研工作者的重視。

1. 脂質(zhì)分子概述

美國國立衛(wèi)生研究院(NIH) 2003 年所資助的“脂質(zhì)代謝途徑研究計劃”(Lipid metabolites and pathways strategy, LIPID MAPS)項目提出的脂質(zhì)分類系統(tǒng) (The LIPID MAPS Lipid Classification System)，將脂質(zhì)大體分為八大類，下圖中每個脂類示例了一個代表性結(jié)構(gòu)：

（1）脂肪酸（Fatty acids, FA）

脂肪酸是最簡單的一種脂，也是許多更復(fù)雜的脂的組成成分。脂肪酸的一端含有一個羧基的長的脂肪族碳?xì)滏?，直鏈飽和脂肪酸的通式是C(n)H(2n+1)COOH。

根據(jù)碳鏈長度可劃分為：

表1 脂肪酸鏈長分類

根據(jù)碳?xì)滏滐柡统潭瓤煞譃椋?br>

表2 脂肪酸不飽和度分類

（2）甘油酯（Glycerolipids, GL）

甘油酯是甘油的羥基與脂肪酸酯化的產(chǎn)物。甘油酯根據(jù)甘油的羥基被酯化的個數(shù)而分類。甘油中一個羥基被酯化稱為單甘油酯，兩個羥基被酯化稱為甘油二酯，三個羥基被酯化稱為甘油三酯。其中植物油和動物脂肪中主要是以三酸甘油酯為主，但因?yàn)樽匀淮嬖诘拿福ㄖ福┳饔?，會分解為單酸甘油酯、二酸甘油酯及自由脂肪酸?/p>

表3 常見甘油酯

自然界里的三酰甘油的鏈長差異很大，但是16個、18個和20個碳原子的最常見。常見的植物和動物三酰甘油的一般只有雙數(shù)碳原子的，和其來自乙酰輔酶A的生物合成過程有關(guān)。細(xì)菌也能夠產(chǎn)生單數(shù)碳原子的或者分叉的鏈。反芻動物在反芻過程中有細(xì)菌介入，因此它們的三酰甘油也包含單數(shù)碳原子（比如15個碳原子）的脂質(zhì)分子。三酰甘油的積累是脂肪毒性的標(biāo)志。

（3）甘油磷脂（Glycerophospholipids, GP）

甘油磷脂一般簡稱為磷脂，是含有磷酸的脂類，是存在于細(xì)胞膜中的主要脂質(zhì)類型。2分子脂肪酸與甘油的C1及C2上的羥基通過酯鍵連接，一分子親水的高度極性的磷酸基團(tuán)與C3的-OH相連就形成最簡單的甘油磷脂，磷脂酸。真核生物及細(xì)菌中的磷脂，其極性頭部連接在甘油的sn-3位上，而古細(xì)菌中的磷脂，其極性頭部連接在甘油的sn-1位上。甘油磷脂基本結(jié)構(gòu)是磷脂酸和與磷酸相連的取代基團(tuán)，由于取代基團(tuán)不同又可以分為許多類，例如膽堿、心磷脂、肌醇等。

表4 常見甘油磷脂

（4）鞘脂類（Sphingolipids, SP）

鞘脂類分子有共同的鞘氨醇（sphingoid base）骨架，由絲氨酸和長脂肪鏈的?；o酶A從頭合成之后轉(zhuǎn)換為神經(jīng)酰胺、磷鞘脂、糖鞘脂等。其中神經(jīng)酰胺Cer是常見的鞘氨醇衍生物，有一個連接酰胺基的脂肪酸。其脂肪酸多半是飽和脂肪酸或是單元不飽和脂肪酸，碳鏈長度約為16至26個碳原子。哺乳類體內(nèi)的鞘脂主要以鞘磷脂為主，而昆蟲體內(nèi)則主要是磷酸乙醇胺神經(jīng)酰胺。糖鞘脂是鞘脂和糖以糖苷鍵連結(jié)的化合物，例如構(gòu)造簡單的腦苷脂以及較復(fù)雜的神經(jīng)節(jié)苷脂。

表5 常見鞘脂

（5）固醇脂類（Sterol Lipids, ST）

固醇脂是一類由3個己烷環(huán)及一個環(huán)戊烷形成的環(huán)戊烷多氫菲衍生物，除細(xì)菌中缺少外，廣泛存在于動植物的細(xì)胞及組織中。固醇主要包括膽固醇及其衍生物，固醇都有相同的四環(huán)結(jié)構(gòu)，包含了身體中的激素及信號分子，有著重要作用。如雌激素、雄激素、睪酮、雄甾酮、孕激素、糖皮質(zhì)激素及鹽皮質(zhì)激素等，還是許多維生素D的前體。其他的固醇還包括膽汁酸及其共軛堿，這類物質(zhì)是哺乳類氧化膽固醇后的衍生物，主要在肝臟中生成。植物中的固醇稱為植物固醇，例如β-谷固醇、豆固醇及菜籽固醇等。真菌細(xì)胞膜中主要的固醇為麥角固醇。

（6）孕烯醇酮脂類（Prenol Lipids, PR）

是由五碳異戊烯基二磷酸（isopentenyl diphosphate）及二甲基烯丙基二磷酸（dimethylallyl diphosphate）合成。類胡蘿卜素是重要的簡單類異戊二烯，也是維生素A的前體。另一類重要的分子是醌及對苯二酚。維生素E、維生素K及輔酶Q10也屬于這一類。

（7）糖脂類（Saccharolipids，SL）

糖和脂質(zhì)結(jié)合所形成的物質(zhì)的總稱。糖脂是指含有糖基配體的脂類化合物。它是一類兩親性分子，在生物體內(nèi)廣泛存在。糖脂亦分為兩大類：糖基酰甘油和糖鞘脂。糖鞘脂又分為中性糖鞘脂和酸性糖鞘脂。糖脂又是細(xì)胞表面抗原的重要組分，某些正常細(xì)胞癌化后，表面糖脂成分有明顯變化。

表6 常見糖脂

（8）聚酮類（Polyketides，PK）

聚酮由乙?；氨］o酶A的子單位組成，其中包括大量動物、植物、細(xì)菌、真菌及海洋生物的次級代謝產(chǎn)物及天然產(chǎn)物，在結(jié)構(gòu)上有很大的不同。大部分主結(jié)構(gòu)是環(huán)，其主結(jié)構(gòu)可以被糖基化、甲基化、羥基化、氧化等。聚酮或其衍生物包含許多常用的抗菌藥及抗癌藥，例如紅霉素、四環(huán)素類抗生素及抗腫瘤的埃皮霉素等。

2. 膜質(zhì)分子的主要三大生理功能

（1）組成生物膜

甘油磷脂是生物膜的主要成分之一。甘油磷脂是兩性分子，分子中同時具有親水性及疏水性的基團(tuán)，其中以甘油為中心存在酯鍵連接的二個脂肪基的親脂性“尾巴”，另外一個酯鍵連結(jié)到一個磷酸的親水性“頭部”。水溶液中，磷脂極性的頭朝向極性的水分子，而疏水的尾巴減少對水的接觸，彼此距離更加緊密，形成囊泡。生物膜主要是以甘油磷脂為主，但也存在一些沒有甘油的脂類，比如鞘磷脂、膽固醇等。

（2）參與能量代謝和儲存

三酸甘油酯是動植物體內(nèi)的主要能量來源之一，三酸甘油酯儲存在脂肪組織內(nèi)，是動物油脂與植物油脂的主要成分。脂肪細(xì)胞設(shè)計為可連續(xù)生成或分解三酸甘油酯，脂肪酸的完全氧化可以產(chǎn)生大量能量，約為9 kcal/g，而糖和蛋白質(zhì)氧化只能產(chǎn)生4 kcal/g的熱量。脂肪細(xì)胞可以產(chǎn)生和儲藏三酰甘油，假如身體需要脂肪酸作為能源時胰高血糖素會促使脂肪酶分解三酰甘油，釋放自由脂肪酸。

（3）參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

許多不同種類的脂質(zhì)可以作為信號分子或是第二信使系統(tǒng)的一部分參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。這類脂質(zhì)如1-磷酸鞘氨醇S1P、由神經(jīng)酰胺衍生的鞘脂、二酸甘油酯（DAG）、磷酸磷脂酰肌醇（PIPs）、前列腺素、甾體荷爾蒙包括雌激素、睪酮及皮質(zhì)醇等。能夠參與大量的信號調(diào)節(jié)活動如：鈣信號、細(xì)胞生長凋亡、炎癥和免疫、代謝調(diào)節(jié)等。

表7 脂類重要生理功能一覽

（4） 基于LC-MS/MS的脂質(zhì)組學(xué)

在脂質(zhì)組學(xué)中最廣泛使用的色譜分離方法是反相高效液相色譜法（reversed-phase HPLC），根據(jù)脂質(zhì)分子的非極性脂肪酰基部分來分離脂質(zhì)，分離和等效碳數(shù)目有關(guān)，保留時間一般會隨碳數(shù)的增加而增加，隨雙鍵數(shù)的增加而減少。

上圖3舉例說明了基于LC-MS（高分辨質(zhì)譜）的脂質(zhì)組思路：最上面顯示的是根據(jù)脂肪?；M成和脂質(zhì)類別在總離子色譜圖中對復(fù)雜生物樣本進(jìn)行的反相色譜分離，在22.92 min時的色譜峰可能包含許多coelute的TG分子，Orbitrap儀器的高質(zhì)量分辨率能夠在給定的保留時間內(nèi)分辨各種加合離子及其同位素峰，并隨后將874.7855處的質(zhì)量確定為潛在的 [TG 52:3+NH4]+的離子。同時，離子阱以DDA模式獲得了該質(zhì)量峰的MS/MS譜圖，首先通過離子857.6證實(shí)了和TG 52:3的MS1的一致性，其次通過相應(yīng)的分子量為256、282和280的脂肪酰中性丟失證明了它是TG 16:0×18:1×18:2。在定量方面來說最理想的情況是每個化合物使用一個穩(wěn)定同位素標(biāo)記的內(nèi)標(biāo)物，但是每種脂質(zhì)對應(yīng)一種內(nèi)標(biāo)物出于實(shí)際和經(jīng)濟(jì)原因通常是不可行的，因此在其保留時間范圍內(nèi)分布的每類脂質(zhì)選擇幾種內(nèi)標(biāo)是一個較好的折衷方案，可以更好幫助獲得脂質(zhì)分子的定量數(shù)據(jù)。