色谱技术丛书--色谱在生命科学中的应用（第二版）

1.本书是“十三五”国家重点出版物出版规划项目“色谱技术丛书”中专门介绍色谱在生命科学中应用的分册。 2.本书主要介绍了结合目前的新进展重点介绍了色谱技术在临床诊断标志物、药物代谢、脂质组学、蛋白质组学以及代谢组学等方面的应用，包括分析策略、前处理方法、定性定量手段，以及大量的应用实例。内容既具有知识的系统性，同时也紧密关联分析实践，具有很强的实用性。 3.本书作者均为色谱领域的知名学者，书中总结了他们多年的研究经验。 4.本版较上一版内容变化大，充分反映色谱技术进展，更贴近科学研究和分析检测实践。

前言
色谱技术作为一种强大的分离分析手段，在生命科学中有着非常广泛的应用。近年来为蛋白质组学、代谢组学、脂质组学等新兴领域提供了解决问题的关键技术，大大提高了生命科学研究的效率。目前色谱已发展为与质谱、光谱、核磁共振等仪器联用，尤其是色谱-质谱的成功联用，克服了色谱缺乏标准样品时定性较难和分析复杂混合物时数据处理困难等问题，为色谱技术在生命科学领域的应用开拓了更为广阔的前景。
本书自2007年第一版出版以来，受到广大读者的大力支持和一致好评，为色谱在生命科学研究中的应用发挥了积极的推动作用。第一版出版至今，色谱技术在生命科学多个领域的研究和应用取得了巨大的进展。尤其是在临床诊断和疾病标志物筛选，在蛋白质组学、脂质组学、代谢组学和样品前处理等方面都取得了重要突破。为了适应新技术的发展和应用，对本书进行了修订工作。
与第一版相比，新版保留了阐述的基础知识，但在内容上进行了优化与完善，增加了“色谱在药物代谢研究中的应用”“色谱在脂质组学分析中的应用”“色谱在代谢组学研究中的应用”等内容。基于目前生命科学研究中的热点领域，更新了色谱在生物标志物研究中的应用，包括增加了参考方法开发、标准物质定值等内容；更新了色谱在蛋白质组学方面的应用，包括增加了亲和材料的应用，外泌体蛋白质组学等研究内容，并增加了大量精美图片和示意图。
全书内容共分为5章，结合目前研究的最新进展重点介绍了色谱技术在临床诊断标志物、药物代谢、脂质组学、蛋白质组学以及代谢组学等方面的应用。包括分析策略、前处理方法、定性定量手段以及大量的应用实例。
宋德伟负责全书的统编工作，并负责第一章的编写；第二章由李桦、郭继芬编写；第三章由刘虎威编写；第四章由张养军编写；第五章由董方霆、程建华编写。此外，刘钰、张春鹂、高兴、刘健仪、马凌云等也参加了本书的部分编写工作。由于篇幅和学识所限，在书中我们只选择了这一广阔领域中的几个方面加以论述，尚未论及的其他领域和研究范围同样非常重要，希望将来有机会能得到补充和完善。
在本书即将出版之际，衷心感谢本书第一版作者廖杰研究员的指导和大力支持；感谢汪正范研究员在百忙之中对书稿进行审阅并提出建设性的修改意见；感谢李红梅研究员在本书出版过程中给予的热情关注和支持；感谢本书责任编辑在编写过程中给予的大力支持和多方面的帮助。
由于编者的水平和时间所限，书中一定会有不足之处，衷心希望广大读者予以批评指正。

编者    　
2019年6月于北京


第一版前言
生命科学是研究各种生命现象的本质、发生和发展的规律，以及各种生物之间、生物与环境之间相互关系的科学。近年来，生命科学研究取得了重大进展，并以其发展促进了农业、医学和其他相关领域的进步，而色谱作为一种不可缺少的工具和手段，在其发展过程中，发挥了至关重要的作用。遵照丛书主编傅若农教授的要求，我们对色谱在这一领域中的部分应用进行了综述，希望能为从事基础医学、临床化学和生物制药工作的研究人员和技术人员提供参考。
本书首先简要介绍了生命科学研究中常用的色谱技术，然后分别讨论了这些技术在脱氧核糖核酸分析、生物技术药物纯化与鉴定、生物标志物检测和蛋白质研究中的应用。全书共五章，由廖杰和钱小红统编，其中第一、三章由董方霆编写；第二章根据田惠君博士（DNA的电泳分析）和李鸿彪博士（DHPLC的原理及应用）提供的资料由廖杰编写；第四章由廖杰编写；第五章由张养军编写。 
尽管本书名为《色谱在生命科学中的应用》，但由于篇幅和学识所限，在书中我们只选择了这一广阔领域中的几个方面加以论述，尚未论及的其他领域和研究范围同样非常重要，希望将来有机会能得到补充和完善。 
在本书即将出版之际，衷心感谢在编写过程中，丛书主编傅若农教授、副主编刘虎威教授所给予的指导和帮助，感谢田惠君博士、李鸿彪博士提供DNA分析方面的详尽资料，感谢刘国诠教授在百忙之中对书稿进行审阅。 
由于编者的水平和时间所限，书中一定会有不少疏漏，衷心希望广大读者予以批评指正。

编者   
2007年6月  

宋德伟，中国计量科学研究院化学所副研究员；全国仪器分析测试标准化技术委员会（SAC/TC481）副秘书长；全国医用临床检验实验室和体外诊断系统标准化技术委员会（SAC/TC136）委员；中国临床应用生物化学与分子生物学会理事、北京市临检中心检验医学标准化专家委员会委员；《标记免疫分析与临床》杂志编委。
长期从事疾病诊断标志物标准物质研究。作为课题负责人承担十三五国家重点研发计划“重要体外诊断试剂标准物质的研制及溯源技术评价研究”、国家重大项目863“心脑血管慢性损伤及急救指标等体外诊断试剂的研制”、“十二五”国家科技支撑计划重点项目 “重要肿瘤标志物标准物质的研究”等多个项目。获省部级科技进步奖2项、局级科技进步奖3项。制定国家标准4项，研制蛋白质大分子国家一级标准物质4项，获得国家授权发明专利4项（第1发明人3项、第2发明人1项）、实用新型专利1项、软件著作权1项。参编论著2部（任编委），发表论文50余篇，其中SCI/EI收录二十余篇，培养研究生10余人。

本书是“色谱技术丛书”的分册之一，结合目前的最新研究进展重点介绍了色谱技术在临床诊断标志物、药物代谢、脂质组学、蛋白质组学以及代谢组学等方面的应用，包括分析策略、前处理方法、定性定量手段以及大量的应用实例。
本版与第一版相比在内容结构上做了较大的优化与调整，删去了概述、脱氧核糖核酸（DNA）的电泳与色谱分析、生物技术药物的纯化及鉴定等内容，增加了“色谱在药物代谢研究中的应用”“色谱在脂质组学分析中的应用”“色谱在代谢组学研究中的应用”三章，并对“色谱在生物标志物研究中的应用”和“色谱在蛋白质组学研究中的应用”两章做了大量更新。
本书整体上突出实用性，注重将基础知识与色谱技术在生命科学中应用的最新进展结合，提供了系统了解色谱技术在生命科学热点领域应用的方法和解决策略等综合信息，内容丰富、资料翔实，可供从事与生命分析科学有关的科研人员与学生参考。

第一章　色谱在临床诊断标志物中的应用
第一节　概述	1
一、临床诊断标志物的分类与应用	1
二、临床诊断标志物分析方法概述	3
第二节　诊断标志物样品处理技术	6
一、样品的采集和预处理	6
二、小分子诊断标志物的样品处理	10
三、大分子诊断标志物的样品处理	19
第三节　气相色谱-质谱联用技术在临床诊断标志物分析中的应用	21
第四节　液相色谱在临床诊断标志物分析中的应用	25
一、液相色谱技术在葡萄糖测定中的应用	25
二、液相色谱技术在神经递质检测中的应用	28
三、液相色谱技术在尿液代谢物检测中的应用	31
第五节　液相色谱-质谱联用技术在临床诊断标志物分析中的应用	36
一、液相色谱-质谱联用技术在肿瘤标志物检测中的应用	37
二、液相色谱-质谱联用技术在糖化血红蛋白检测中的应用	40
三、液相色谱-质谱联用技术在心血管疾病诊断中的应用	42
四、液相色谱-同位素稀释质谱在参考方法建立中的应用	47
五、液相色谱-同位素稀释质谱在临床诊断标志物标准物质定值中的应用	51
参考文献	55

第二章　色谱在药物代谢研究中的应用
第一节　概述	58
一、药物的生物转化和代谢产物	58
二、药物代谢和药代动力学研究方法	59
三、药物代谢研究中的生物样品及前处理方法	60
第二节　色谱及其联用技术在药物代谢定量分析中的应用	62
一、气相色谱和气相色谱-质谱联用的药物定量分析技术	62
二、液相色谱和液相色谱-质谱联用的药物定量分析技术	64
三、药物及其代谢产物的定量分析方法建立和验证	66
四、药物及其代谢产物的色质联用定量测定方法应用实例	71
第三节　药物代谢研究中的液相放射性色谱技术	82
一、药物代谢的放射性示踪技术	82
二、液相放射性色谱技术	84
三、应用实例：液相放射性色谱法研究丁螺环酮在人肝微粒体的代谢产物谱	87
第四节　液相色谱-质谱联用技术检测和鉴定药物代谢产物	91
一、新药发现和开发过程中的药物代谢产物的研究	91
二、药物代谢产物的定性定量分析	91
三、应用实例：DAPA-7012的大鼠肝微粒体代谢产物分析	93
参考文献	97

第三章　色谱在脂质组学分析中的应用
第一节　概述	98
一、脂类化合物和脂质组学	98
二、脂质组学分析方法概述	103
第二节　脂质组学分析样品处理技术	105
一、液液萃取方法	105
二、其他萃取方法	107
三、衍生化方法	108
第三节　气相色谱和超临界流体色谱在脂质组学分析中的应用	110
一、脂质组学分析中的气相色谱方法	110
二、脂质组学分析中的超临界流体色谱方法	115
第四节　液相色谱在脂质组学分析中的应用	120
一、概述	120
二、基于一维液相色谱的脂质组学分析方法	121
三、基于二维液相色谱的脂质组学分析方法	126
第五节　毛细管电泳在脂质组学分析中的应用	140
一、概述	140
二、脂质组学分析中的毛细管电泳方法	141
三、脂质组学分析中的毛细管电泳-质谱联用方法	142
第六节　结语	146
参考文献	147

第四章　色谱在蛋白质组学研究中的应用
第一节　概述	152
第二节　生物样品处理方法	156
一、匀浆破碎	157
二、固体研磨破碎法	158
三、超声破碎法	158
四、组织、细胞清洗和蛋白质提取	158
第三节　色谱在蛋白质预分离和鉴定中的应用	160
一、色谱用于蛋白质混合物的预分离	160
二、液相色谱-质谱联用方法对整体蛋白质直接分析	162
三、液相色谱-质谱联用技术在整体蛋白质直接分析中的应用	164
四、色谱预分离与液相色谱-质谱联用技术在复杂蛋白质混合物分析中的应用	169
第四节　色谱在多肽分离和鉴定中的应用	174
一、一维液相色谱-质谱联用对简单肽混合物的分离鉴定	174
二、二维液相色谱-质谱联用对复杂多肽混合物的分离鉴定	176
三、反相高效液相色谱双梯度洗脱分离肽混合物及质谱分析	178
四、液相色谱-质谱联用对严重急性呼吸系统综合征冠状病毒结构蛋白质的分析鉴定	187
第五节　色谱在翻译后修饰蛋白质组研究中的应用	192
一、色谱在磷酸化修饰蛋白质组研究中的应用	192
二、IMAC亲和提取结合生物质谱用于磷酸化修饰蛋白质的分析鉴定	195
三、色谱在糖基化修饰蛋白质和多肽研究中的应用	205
四、凝集素亲和色谱-毛细管液相色谱-质谱联用用于N-糖基化修饰蛋白质及修饰位点分析	209
第六节　色谱在定量蛋白质组研究中的应用	212
一、基于液相色谱-质谱的蛋白质组相对定量标记技术	212
二、同位素标记结合液相色谱-多反应监测质谱的蛋白质绝对定量方法	219
第七节　色谱在临床蛋白质组学研究中的应用	220
参考文献	221

第五章　色谱在代谢组学研究中的应用
第一节　代谢组学研究方法概述	226
第二节　代谢组学中的生物样本	231
一、细胞样本	231
二、微生物样本	235
三、血液样本	236
四、尿液样本	242
五、组织样本	246
六、其他生物样本	250
第三节　GC-MS联用技术在代谢组学研究中的应用	254
第四节　LC-MS联用技术在代谢组学研究中的应用	262
第五节　代谢组学中的数据处理	269
第六节　基于色谱技术的代谢组学分析在疾病研究中的应用	276
一、代谢组学在糖尿病研究中的应用	276
二、代谢组学在肝病研究中的应用	283
三、代谢组学在其它疾病研究中的应用	290
参考文献	297