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食品および微生物由来の代謝物のマルチターゲットメタボロミクスによる栄養と健康のクロストークにおけるヒトの食事の定量化
Quantifying the human diet in the crosstalk between nutrition and health by multi-targeted metabolomics of food and microbiota-derived metabolites.
PMID: 32541919 DOI: 10.1038/s41366-020-0628-1.
抄録
背景:
メタボロミクスは、栄養と健康状態の関連性を調べるための強力なツールです。食品成分の代謝や形質転換を調べるには尿が一般的ですが、食事由来の化合物のバイオアベイラビリティーや健康への関与について新たな知見を得るためには、血液サンプルの使用が望ましいと考えられます。しかし、血液サンプルは化学的に複雑であるため、この生体液の分析は困難であり、新規かつ包括的な分析法の開発が必須である。
BACKGROUND: Metabolomics is a powerful tool for investigating the association between nutrition and health status. Although urine is commonly employed for studying the metabolism and transformation of food components, the use of blood samples could be preferable to gain new insights into the bioavailability of diet-derived compounds and their involvement in health. However, the chemical complexity of blood samples hinders the analysis of this biological fluid considerably, which makes the development of novel and comprehensive analytical methods mandatory.
方法:
本研究では、超高速液体クロマトグラフィーとタンデム質量分析法を組み合わせたマルチターゲットメタボロミクスプラットフォームを最適化し、450種類の食品由来の代謝物を定量的かつ同時分析しました。血液サンプルの複雑な化学的性質に対応するため、メタボロミクスのカバレッジを最大化することを目的として、タンパク質沈殿法、逆固相抽出法、固相抽出を媒介としたリン脂質除去とハイブリッドタンパク質沈殿法の3つの補完的抽出法をアッセイし、回収率、感度、精度、マトリックス効果の観点から比較しました。
METHODS: In this work, we optimized a multi-targeted metabolomics platform for the quantitative and simultaneous analysis of 450 food-derived metabolites by ultra-high performance liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry. To handle the chemical complexity of blood samples, three complementary extraction methods were assayed and compared in terms of recovery, sensitivity, precision and matrix effects with the aim of maximizing metabolomics coverage: protein precipitation, reversed solid-phase extraction, and hybrid protein precipitation with solid-phase extraction-mediated phospholipid removal.
結果:
抽出条件を慎重に最適化した後、固相抽出ベースのプロトコルは特定のポリフェノールクラスの分析のために補完的な性能を提供していますが、タンパク質沈殿法は血漿中の食物メタボロームの最も効率的でハイスループットな抽出を可能にしました。開発した方法では、マトリックスの影響を無視できるほどの正確な回収率と良好な直線性が得られ、分析された代謝物のほとんどについて高い感度と精度が得られました。
RESULTS: After careful optimization of the extraction conditions, protein precipitation enabled the most efficient and high-throughput extraction of the food metabolome in plasma, although solid-phase extraction-based protocols provided complementary performance for the analysis of specific polyphenol classes. The developed method yielded accurate recovery rates with negligible matrix effects, and good linearity, as well as high sensitivity and precision for most of the analyzed metabolites.
結論:
本研究で最適化されたマルチターゲットメタボロミクスプラットフォームは、少量の生物学的サンプルを用いて 450 種類の食事代謝物を短時間で同時に検出・定量できるため、疫学研究への応用が容易になります。
CONCLUSIONS: The multi-targeted metabolomics platform optimized in this work enables the simultaneous detection and quantitation of 450 dietary metabolites in short-run times using small volumes of biological sample, which facilitates its application to epidemiological studies.