近日，我组高分辨分离分析及代谢组学研究组（1808组）刘心昱研究员、许国旺研究员团队与大连医科大学附属第二医院王琦团队合作，在暴露组全关联研究（ExWAS）分析新技术方面取得进展。研究团队研发了柱切换二维液相色谱-双质谱（2DLC-dual-MS）系统，拓展了对不同极性化合物的分离窗口，解决了人体内代谢物与暴露物因浓度差异大导致的同步分析难的问题，在单次进样中实现了代谢组和暴露组的高覆盖、高灵敏分析。

暴露组全关联研究需要同时表征人体内的外源化学暴露（暴露组）及其内源性代谢物（代谢组）的变化。然而，代谢物和暴露物种类繁多、化学性质差异显著，且暴露物浓度通常比内源代谢物低2至3个数量级，因此，内外源小分子的分析通常需要多个色谱-质谱方法，通量是一个问题，不适合于大规模样品的研究，亟待发展高覆盖、高灵敏的一体化分析新技术。

本工作中，研究团队建立了在线柱切换2DLC-dual-MS系统，在单次进样中实现非靶向代谢组分析和601种暴露物的靶向定量。与常规的一维液相色谱-质谱方法相比，该系统将可分析化合物的极性（log P)范围拓展至−8至15，在血清中使注释的代谢物数量提高51%至104%。通过三通阀分流，分别利用高分辨质谱（HRMS）开展非靶向代谢组分析、三重四极杆质谱（TQMS)开展痕量暴露物精准定量。TQMS对暴露物的检测限较HRMS非靶向分析降低1至2个数量级，使得血液中暴露物的响应达到与代谢物的响应可比拟的地步，实现了不同浓度水平代谢物与暴露物的同步分析。进一步将该方法应用于276例肺腺癌患者和健康对照血清样本，连续300余次进样均表现出良好的分析稳定性。代谢组、暴露组及暴露—代谢关联分析，验证了该方法在大规模ExWAS研究中的应用潜力。

1808组一直致力于暴露组学新技术开发和应用，并在代谢水平上解释其健康效应。在方法学方面，发展了基于2DLC-HRMS的高覆盖血清暴露组筛查方法，实现一次进样对1210种暴露物及其代谢物的筛查（Environ. .Pollut.，2023）；进一步发展了基于高分辨多反应监测（Anal. Chem.，2025）、2DLC-dual-MS（Nat. Commun.，2026）的分析新方法，实现了基于“一针进样”的高通量、高覆盖、高灵敏的暴露组-代谢组的同时分析。相关方法应用于多种人群暴露与健康研究，构建了5696人中国人血清暴露组图谱（Nat. Commun.，2024），并开展了5种主要慢性疾病（Environ.. Int, 2022）、食管鳞癌（Anal. Bioanal. Chem., 2025）和肝癌巢式队列（Environ. Int.,2026）的暴露组-代谢组关联研究，阐明了暴露的健康风险及其机制（J. Hazard. Mater.,2023）。

相关研究成果以“Column switching liquid chromatography dual mass spectrometry system for simultaneous untargeted metabolomics and targeted exposomics”为题，发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上。该工作的第一作者是1808组博士后王宇婷、博士研究生侯带迪和大连医科大学附属第二医院袁媛。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、辽宁省优秀青年基金计划、中国科学院青年创新促进会等项目资助。（文/图 王宇婷）

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-76696-w