4D代謝組學添新猷 助推疾病研究邁向精準化

【記者賴柏翰／綜合外電】代謝組學作為系統生物學和藥物研發的基石，正持續發展與成熟。隨著複雜數據集的不斷增加，科學家們正尋求更深入的分子覆蓋和更具實用價值的洞見。質譜技術的進步，特別是提升分析物分離能力，以及整合靶向與非靶向分析的技術，成為這項演進的核心推力。

在近期舉行的 2026 年第 74 屆質譜與相關技術大會（ASMS）上，布魯克公司（Bruker Daltonics）宣布了一系列針對蛋白質組學、代謝組學、脂質組學和暴露組學領域的技術創新。其中包括全新的 timsMRMS™ 質譜儀、整合人工智慧的軟體增強功能，以及其陷離子遷移譜（TIMS）解決方案的更新。

陷離子遷移譜強化代謝物分析

傳統的代謝物發現工作流程，透過層析分離與高解析質譜分析，提供兩個維度的分析物選擇。若再結合串聯質譜（MS/MS），可進一步提供特徵碎片圖譜以精確標註化學物質。布魯克公司代謝組學及脂質組學副總裁 Dr. Matthew Lewis 解釋，4D代謝組學透過將傳統的層析和質譜分析與 TIMS 結合，顯著增加了數據量。TIMS 是 timsMetaboTM 和 timsTOF 系列背後的關鍵技術，它為每次分析增添了額外的分離和選擇性維度。

Dr. Lewis 進一步說明，TIMS 透過電場調控，能根據離子的碰撞截面積（CCS）——一種反映離子大小和三維形狀的物理特性——來分離和測量分析物。這使得 TIMS 能夠分離干擾物，並區分具有相同化學式但三維結構不同的生物學上獨特的結構異構體。這種 4D 數據集提供代謝物測量所需的關鍵資訊，將層析滯留時間、質荷比分離和 MS/MS 碎片化定義為前三個維度，而 TIMS 為每個分析物提供了第四個維度。這不僅提升了 MS/MS 碎片化的速度、靈敏度和選擇性，也避免了「嵌合」MS/MS 譜圖（即多個共隔離前體混合碎片譜圖）的發生，確保訊號解釋的準確性，形成所謂的「數位代謝組學檔案」。

整合靶向與非靶向分析 提升研究效率

過去 25 年來，非靶向代謝組學在發現新事物方面扮演重要角色，但難以精確量化預期之外的代謝物。相對地，靶向分析能提供精確量化資訊，卻限制了探索的廣度。Dr. Lewis 指出，長期以來，探索性與定量分析必須分開進行，這已成為代謝組學實驗範圍的人為限制。為克服此限制，布魯克公司在 ASMS 2026 大會上宣布，將在其 timsMetaboTM 上推出混合式代謝組學的早期試用計畫，該計畫結合了 Biocrates Life Sciences AG 的定量代謝組學解決方案，能夠同步進行定量和發現實驗。

這種新方法結合了精確靶向代謝物定量的優勢，同時確保不會遺漏意外的代謝物，從而形成更廣泛的代謝圖譜，包括暴露組。透過布魯克公司的 MetaboScape 軟體解決方案，研究人員可以在單次測量中，除了 Biocrates 套件提供的靶向分析外，還能從其餘數據中提取更多生物學洞見，簡化臨床代謝組學研究和大規模研究。

雙電離氣相層析質譜技術拓展應用

Dr. Lewis 提到，在分析小分子、極性高的生化物質方面，液相層析質譜（LC-MS）並非總是完美匹配，這促使了氣相層析質譜（GC-MS）的復興。GC-MS 對於研究小型、極性代謝物非常有效。針對此需求，布魯克公司宣布其 MetaboScape 數據分析軟體現已支援同時處理在 ecTOF™ 儀器上採集到的電子電離（EI）和化學電離（CI）譜圖。ecTOF™ 是一種具有雙電離能力的氣相層析高解析質譜儀。

EI 能夠提供豐富的碎片資訊，有助於資料庫比對；CI 則能保留分子離子資訊，利於發現未知物。這兩種電離方式的結合，顯著擴大了代謝組學在暴露組學和微生物組研究等領域的應用範圍，有助於擴大覆蓋率並提高自動化註釋的準確性。此類先進技術的發展，預期將加速全球對疾病機制的理解，並可能為台灣的生技醫療產業與學術研究帶來新的研究工具與方向。