基于NMR的代谢组学分析

货号.:AZ-s001

背景介绍                                                  

    核磁共振技术（NMR）是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生蔡曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。NMR可用于研究生物细胞和活组织的各种生理过程的生物化学变化。

服务项目

一、实验目标

在患病组和正常组中，发现差异代谢组分，建立检测标准技术。

二、实验准备（客户自行完成部分）

1、确定研究目标：研究何种疾病的代谢组；
2、选定样本来源(人源或其他，血浆或尿液)，尤其注意正常样本的代表性和普遍性；
3、对样本进行分组，并标记好性别、年龄、病情、治疗等信息；
4、参照相关文献和已有知识，初步确定重点要分析的代谢物的成分和性质，并选择适当的实验方法（NMR）；
5、采集样品，溶解、离心、取上清、添加0.1%的2,2,3,3-三甲基甲硅烷基丙酸(TSP)重水溶液，保存于4℃，做H-NMR积分，做好相关记录。

三、实验方案

1、实验内容

通过NMR分析技术，分析患病组和正常组（血清/尿液）中的代谢成分，获得代谢组分的实验数据。利用数学分析方法寻找患病组和正常组中具有差异性的代谢组分，并建立未知样本分析模型。

2、实验阶段

预实验阶段：对相关的实验条件进行摸索，确定最佳的实验参数；
正式实验阶段：对样品进行实验操作，得到质谱图；
数据分析阶段：对实验得出的原始数据进行数据分析，详细情况参见NMR分析服务。

NMR分析方案

通过对疾病样品与正常样品的NMR谱图数据分析，找到在疾病样品与正常样品之间检测出有差异的代谢物。并且利用模式识别的研究方法，通过建立最优模型，找到区分疾病与正常样品的代谢物作为生物标记物，能够最有效的鉴别疾病样品与正常样品。

分析项目

数据分析包括以下项目：

1. 数据预处理
通过基线校正、去偏置及分段积分等步骤，从NMR图谱中得到每个样品所检测到的代谢产物的积分数据。

2. 归一化处理
为了消除实验的误差、生物样品个体差异及噪声等产生的影响，将数据进行归一化处理。

3. 聚类分析
为了从整体上了解数据的概况，用归一化后的所有数据做非监督聚类分析。通过一个NMR谱数据我们得到的是一个n维的代谢指纹图谱，通过cluster分析，可以直观的整体的了解疾病和正常样品的代谢图谱的轮廓及总体差异。

4. PCA分析
为了分析各个样品之间的关系，将校正后的数据做PCA分析(principal component analysis)。PCA可以将分散在n维变量上的代谢指纹图谱信息集中到某几个综合指标(主成分)上的统计分析方法，以便利用主成分描述代谢指纹图谱内部结构。通过这个分析可以初步判断样品之间的关系，并可以判断是否有个别样品的数据偏离较大而不参与后续分析。

5. 差异代谢物的寻找
通过统计检验的方法并根据一定的P-value作为阈值，查找正常样品与疾病样品之间的差异的代谢物。

6．PLS-DA分析
是一种用偏最小二乘法回归做核心算法的分类计算方法，其最终结果返回的是回归因子，根据其返回结果进行类别判断。我们能根据PLSDA对所建模型的对外预测能力进行评价。

7. OPLS-DA分析
经OCS正交信号校正后，进行OPLS-DA分析可改善预测模型。