疾病的复杂性往往是不同生物分子之间相互作用的结果，而多组学（multiomics）分析有助于更深入地理解疾病的分子机制。现有的多组学研究通常需要将组织样本分成多个部分，分别提取不同类型的生物分子，但这种方法对小型活检样本（通常少于20 mg）并不适用。
尽管已有一些方法尝试通过联合提取代谢物、脂质、RNA、蛋白质等多种组学成分，但大多数方法依赖于商业试剂盒，或者需要专门的设备。尤其对于小于10 mg的活检样本，现有方法的应用十分有限。
2025年1月7日，西湖大学医学院 / 生命科学学院 / 西湖实验室 / 未来产业研究中心 / 西湖大学蛋白质组复杂科学实验室郭天南团队，联合上海交通大学医学院附属同仁医院 / 上海交通大学医学院虹桥国际医学研究院郑俊克团队，在 Analytical Chemistry 发表了新的研究论文，提出并验证了一个名为 Integral-Omics 的多组学提取工作流程。
图1 文章截图
「提纲挈领」
研究提出并验证了一个名为 Integral-Omics 的多组学提取工作流程，能够从仅 10 mg 的组织样本中顺序提取代谢物、脂质、基因组DNA、RNA、蛋白质和磷酸化肽段，实现代谢组、脂质组、基因组、转录组、蛋白质组和磷酸化蛋白质组的同步分析。
研究首先优化了脂质和代谢物的提取方法，确定了Matyash法作为最佳选择，因为它在提取效率、数据重复性和定量准确性上表现优异。通过与独立提取方法* 和市售多组学提取试剂盒比较，Integral-Omics 在基因组和蛋白质组学层面均表现出了显著的优势，尤其是在蛋白质提取量和肽段鉴定数量上。
临床应用部分，研究人员应用 Integral-Omics 对结直肠癌患者的肿瘤及正常邻近组织进行多组学分析，成功鉴定出1116个代谢物、1920个脂质、9257个蛋白质及40,107个磷酸化位点，并通过富集分析揭示了肿瘤组织中铁死亡通路的抑制。
Integral-Omics 提供了一个高效、全面的分子分析平台，可以实现对同一块微小活检组织样品的六种组学的同步样品提取，具有广泛的应用潜力，特别是在临床癌症研究和治疗靶点探索中。
图2 图文摘要
* 独立提取方法（Independent extraction methods）：在进行多组学分析时，单独提取每种组分（如代谢物、脂质、RNA、DNA、蛋白质等）的方法，而不是通过一个整体的工作流来同时提取所有这些组分。
01
Integral-Omics工作流程概述及原理
研究人员综合了多种已有的组学成分提取方法，用于提取代谢物、脂质、基因组DNA、RNA、蛋白质和磷酸化肽段。在设计了提取顺序并测试了试剂的兼容性后，最终开发出了这一新的工作流程。
首先使用改良版的Matyash法（MTBE/甲醇/DEPC水）提取代谢物和脂质，随后通过冰浴超声释放RNA和蛋白质，并使用苯酚/氯仿提取DNA。提取的上清液会分成两部分，用于 RNA 提取和蛋白质的胰蛋白酶消化。
通过与独立提取法和现有的多组学提取试剂盒进行对比，数据表明，Integral-Omics 的提取过程对各组学成分的分析结果影响较小，且所得数据与独立提取方法的结果相当。
图3 Integral-Omics 工作流程
02
代谢组学与脂质组学分析评估
研究人员评估了 Integral-Omics 流程中三种提取方法对代谢组和脂质组分析的效果，使用这三种提取方法（Folch法、Matyash法和MonoP法）分别提取了小鼠肝脏样本中的代谢物和脂质。
结果显示，三种方法提取的代谢物数量相似（993-999个），但MonoP法提取的脂质较少（1023个），而Folch法和Matyash法提取的脂质更多（分别为1139和1138个）。
此外，Matyash法在重复性方面表现最好，具有最低的组内方差和较高的定量一致性。因此，Matyash法在脂质和代谢物的提取中表现优异，既能保证识别数量，又能提供高重复性，成为三种共提取方法中的最佳选择。
图4 评估Integral-Omics流程中的代谢物和脂质提取部分
03
基因组学与转录组学分析评估
研究人员对比了不同的提取方法对基因组DNA和RNA提取的影响。首先，使用Folch、Matyash和MonoP法提取代谢物和脂质后，剩余的沉淀物被用于后续的DNA、RNA和蛋白质提取。
结果显示，Matyash法提取的DNA和RNA量与独立提取方法相比没有显著差异，且提取的DNA完整性良好，符合基因组测序的要求。
转录组分析表明，Matyash法提取的RNA与Trizol法相比，RNA产量和质量相当，尽管RNA完整性略低（RIN/RQN值略低于Trizol法），但仍满足转录组测序要求。
总体而言，Matyash法的 Integral-Omics 工作流程能够高效提取RNA，并且多组学提取过程对RNA的影响在可接受范围内。
图5 评估Integral-Omics流程中的DNA和RNA提取部分
