Metabolomics (LC-MS / NMR)

一行要約

Metabolomics は LC-MS / GC-MS / NMR で組織・細胞・血漿中の小分子代謝産物 (50-1500 Da) を網羅的に定量し、代謝表現型と機能をリンクさせる omics 手法。腫瘍領域では Warburg, glutamine addiction, lipid metabolism (脳転移), tryptophan-IDO/AhR 軸, immunometabolism (citraconate / itaconate / lactate / kynurenine が IO 応答性 / 好中球機能 / T 細胞 exhaustion を規定) の研究で中心的役割。Cachexia, EV 内代謝産物 cargo, brain met fatty acid β-oxidation 等の領域に応用。

原理

(1) 試料採取・抽出: 組織 → 急速凍結 → polar / non-polar 二相抽出 (methanol-chloroform-water, MTBE 法)。(2) 分離・検出: LC-MS (HILIC for polar, C18 for lipid), GC-MS (volatile / derivatized), NMR (¹H で broad coverage)。high-resolution MS (Orbitrap) で accurate mass、Q-TOF で fragmentation。(3) データ解析: MS-DIAL / XCMS / MetaboAnalyst で peak picking → annotation (HMDB, METLIN, MoNA で MS² match) → normalization → multivariate (PCA / PLS-DA) → pathway analysis (MetaboAnalyst pathway, Reactome metabolite mapping)。(4) ¹³C / ¹⁵N isotope tracing: pulse-chase 標識基質で metabolic flux を定量 (SIRM / 13C-MFA)。

主要エビデンス / 適用領域

  • Immunometabolism: citraconate / itaconate (IRG1) が IFN-γ, T-cell exhaustion を制御 (Science-2026-Li et al. 等); IDO/TDO → kynurenine → AhR が Treg / MDSC 誘導
  • Lactate と TME: 高 lactate が CD8 T 細胞機能抑制, MCT1/4 阻害剤研究
  • Glutamine addiction: KEAP1 mut NSCLC で glutaminolysis 依存性、CB-839 (telaglenastat) 治療研究
  • Brain metastasis lipid metabolism: brain met が fatty acid β-oxidation / cholesterol metabolism に依存
  • Cachexia: 血漿 / 筋肉 metabolite signature で early detection / 介入対象
  • EV cargo metabolite: tumor EV 中の metabolite が distant niche を rewire
  • Neutrophil metabolism: TAN の glycolysis vs OXPHOS shift, NETosis の metabolic basis

適用分野と限界

  • 強み: phenotype に直結する終末層、isotope tracing で flux 同定可能、blood / urine / CSF biomarker 直接適用
  • 限界: annotation が依然 incomplete (50-70% of peaks unannotated)、isomer 区別困難 (LC + MS² で部分解決)、quantification 標準化 (internal standard 依存)、in vivo flux は限定的、pathway analysis は KEGG / Reactome 偏向で immunometabolism cover 不十分

Open Questions

  • Spatial metabolomics: MALDI-MSI / DESI imaging で TME compartment 別 metabolite mapping
  • Single-cell metabolomics の確立 (現状は 100-1000 細胞単位)
  • Functional immunometabolism: in vivo isotope flux の routine 化
  • Metabolite-targeted therapy: kynurenine / lactate / itaconate 軸の clinical translation

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