SimMet 软件在自动化 LC-MS/MS 大规模代谢组学数据处理中的应用

摘要

液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）具有高灵敏度和低样品量要求，是代谢物谱分析的主要分析平台之一。然而，该方法产生的大量数据不适合人工解读，通常需要多种软件工具进行数据分析。此外，基于云端的工具存在计算分布控制力弱、网络带宽限制大数据传输、以及公共服务器数据隐私等问题。

为应对这些挑战，PREMIER Biosoft 开发了 SimMet® 软件，这是一款支持完整代谢组学工作流程的独立桌面软件，涵盖特征检验、保留时间对齐、代谢物鉴定、注释、统计分析和数据可视化。所有结果和图像均可导出为 MS Excel、HTML 或 CSV 格式。

实验方法

• MS 仪器：Bruker Compact Q-TOF MS，ESI(+) 模式，MS 和自动 MS/MS 扫描，m/z 范围 75–1000，采集速率 3 Hz。

• HPLC 条件：U3000 RSLC 系统，BEH C18 色谱柱（50×2.1 mm，1.7 μm），柱温 30°C，流速 0.45 mL/min，进样量 5 μL。

• 样品：13 种不同咖啡胶囊（不同拼配和产地的 Espresso 和 Lungo 品种），各制备两份生物学重复，稀释后各进行三次 UHPLC-MS 分析。

软件核心功能

1.批量导入：支持从数百个原始数据文件批量导入，兼容 Bruker 原生格式（.fid、.baf、.yep）。

2.实验设计建模：用户可通过直观的 GUI 为生物学/技术重复分配颜色、形状和自定义描述。

3.数据处理管线：包括峰检验与拾取、特征检验、保留时间对齐、MS 和 MS/MS 数据库搜索代谢物鉴定，以及主成分分析（PCA）等统计分析。

4.数据归一化：可选择适当的数据预处理方法。

5.数据缩减：将同一化合物的所有离子（同位素、电荷态、加合物及常见中性丢失）合并，为每个检验化合物分配仅有 ID。

6.保留时间对齐：采用 RANSAC 或 Gale-Shapely 算法。

7.噪声去除：通过空样品的 LC-MS 运行，去除与空白峰对齐的干扰峰。

动态范围与差异分析

软件展示了在复杂生物样品中检验宽浓度范围分析物的能力。例如，在咖啡样品中，低浓度的丙氨酸（88 cts）与高浓度的葫芦巴碱（2,012,591 cts）可同时被检验，动态范围超过 4 个数量级。

PCA 分析显示，不同咖啡样品类型的生物学和技术重复在得分图中形成聚类。载荷图表明 m/z 195.088（咖啡因）和 m/z 138.0552 是样品分离的主要贡献因子。

代谢物鉴定

通过精准质量数据库搜索（误差容限 5 ppm）和 MS/MS 谱图匹配进行代谢物鉴定。评分算法根据未匹配碎片离子的相对强度分配罚分，罚分越高则结构匹配可能性越低。结果表明，咖啡因被正确鉴定且排第一。

结论

Compact QTOF 与 SimMet 软件的结合，实现了对复杂代谢物样品的高通量、精准分析，在 35 小时内完成了完整数据集的分析。该方法有效节省了购买多个参考标准品以确认化合物身份的时间和成本。