脂質體學在系統生物學中的獨特挑戰來自脂質的結構同分異構體(isobaric/isomeric species)多樣性和跨膜雙層的不對稱分布,需要專門的分析和建模策略。
結構解析的層級
LIPID MAPS 定義脂質鑑定層級:
- Species level:headgroup + total carbon:unsaturation(如 PC 36:2)。
- Molecular species:個別 fatty acyl chain(如 PC 18:0/18:2)。
- sn-position:sn-1/sn-2 位置指定。
- Double bond position/geometry:cis/trans、Δ9 vs Δ11。
達到 molecular species 以上需 MS³ 或離子遷移質譜(IMS-MS),如 TIMS-TOF 分離異構體。OzID(ozone-induced dissociation)和 UVPD 可定位雙鍵位置。
定量挑戰
同脂質類的分子離子化效率差異受脂肪酸鏈長、不飽和度影響。理想方案:每個脂質類別都有 isotope-labeled internal standard (IS)。SPLASH® LIPIDOMIX® 提供 14 類脂質的標準混合物。Absolute quantitation 需要 response factor correction。
脂質與膜生物物理
膜脂質組成決定 lipid raft(膽固醇 + 飽和鞘脂富集的微域)的形成,影響 RTK signaling 和 endocytosis。Molecular dynamics simulation(MARTINI coarse-grained force field)可模擬數千個脂質的膜組裝和 phase separation。系統生物學將 lipidomics-measured composition 輸入 MD simulation,預測膜物理性質(厚度、fluidity、curvature)。
Lipid Network Analysis
脂質間透過共享酵素(如去飽和酶將 18:0 → 18:1)形成代謝網路。LION/Web(Molenaar et al., GigaScience, 2019)提供 lipid ontology enrichment analysis。Lipotype(Ejsing lab 衍生公司)的 shotgun lipidomics pipeline 已量化 >800 lipid species per sample,產出的數據可建構脂質通量模型(lipid flux map)。
Oxylipins 與精準發炎分析
花生四烯酸(AA)、EPA、DHA 經 COX、LOX、CYP450 產生 >100 種 oxylipin species。Targeted oxylipin panel(~100 化合物,LC-MS/MS with MRM)可繪製個人化的 pro-resolution vs pro-inflammatory 平衡圖。SPMs(Specialized Pro-resolving Mediators: resolvins, protectins, maresins; Serhan, Nature, 2014)的發現改變了發炎消退是被動過程的傳統觀念。
文獻:Han & Gross (2005) Mass Spectrom Rev 24:367-412 / Shevchenko & Simons (2010) Nat Rev Mol Cell Biol 11:593-598 / Serhan (2014) Nature 510:92-101.
