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。
图2 图文摘要
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。
02
代谢组学与脂质组学分析评估
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。
图5 评估Integral-Omics流程中的DNA和RNA提取部分
04
蛋白质组学与磷酸化蛋白质组学分析评估
研究人员通过比较Folch、Matyash和MonoP三种脂质和代谢物提取方法，并结合冰浴超声法（IBS）、接触式超声波法（CUS）和压力循环技术（PCT）等三种独立蛋白提取方法，评估了不同方法对蛋白质组的影响。
结果显示，Folch法提取的肽段产量和鉴定数量最低，可能是由于其提取过程中的样品损失，因此不适合用于Integral-Omics工作流程。尽管Matyash法和MonoP法在蛋白质提取的肽段产量和鉴定数量上差异不大，但Matyash法在肽段鉴定数量和组内变异性上表现更佳，因此被选为 “最佳方法”。
与独立的蛋白提取方法相比，Matyash法在肽段产量（9.3%）和蛋白鉴定数量（4138个）上与CUS、PCT等方法相当，而其肽段总数（38,046个）明显高于IBS和CUS。此外，Matyash法在肽段和蛋白的组内变异性较低，Pearson相关分析表明Matyash法与CUS/PCT的蛋白检测有着强相关性（>0.90）。
在磷酸化蛋白质组分析中，Matyash方法共鉴定了24,263个磷酸化肽段，识别了18,084个独特的磷酸化位点，结果与以往研究一致，表明Matyash法在磷酸化蛋白质组学方面的高效性和准确性。
综上，Matyash法在蛋白质组和磷酸化蛋白质组分析中具备与独立提取方法相当的深度和准确性，是 Integral-Omics 工作流程中的理想选择。
05
与多组学提取试剂盒的对比
研究人员对比了 Integral-Omics 工作流程与常见的Qiagen AllPrep DNA/RNA/Protein试剂盒（简称AllPrep法）在提取效果上的差异。
Integral-Omics 在提取基因组DNA和蛋白质方面表现出明显的优势，相较于AllPrep法和改良后的LM_AllPrep法（将Matyash法用于代谢物和脂质提取后再使用AllPrep法），Integral-Omics 提取的DNA和RNA产量明显更高，且RNA的质量（RIN/RQN）略低于独立的Trizol法，但仍符合RNA测序的要求。
06
Integral-Omics 在临床活检样本中的应用
Integral-Omics™ 微量样本多组学解决方案
为克服目前多组学分析样本含量需求大这一限制，西湖欧米特推出 Integral-Omics™ 微量样本多组学分析解决方案。该方法可从低至 10 mg 新鲜（冰冻）组织/1×107-2×107细胞中连续提取代谢物、脂质、蛋白、磷酸化肽段、RNA、DNA，实现6种组学（代谢组学、脂质组学、蛋白质组学、磷酸化蛋白质组学、转录组学、全外显子测序）的检测及联合分析。
从 10 mg 组织中连续提取6种分子，用于6种组学分析，极大节省样本用量。
可随机挑选6种以内的组学自由搭配，如蛋白+转录+代谢三组学，满足客户个性化多组学所需。
西湖欧米 Integral-Omics™ 微量样本提取策略
西湖欧米是一家专注于AI赋能的微观世界数据公司，致力于多组学驱动的精准医学的转化落地，目前专注于基于蛋白质谱技术的疾病生物标记物IVD试剂盒的开发。
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