近日，暨南大学李雪研究员团队联合复旦大学方明亮教授团队在美国化学学会权威期刊《Analytical Chemistry》发表最新研究成果，首次提出将呼气代谢组与血液代谢组融合分析的方法，为深入理解人体代谢过程打开了新的窗口。这一成果不仅提升了呼气代谢物鉴定的准确性，也拓展了无创监测在运动医学和健康管理中的应用前景。
在传统代谢组学研究中，血液是常用样本，但采样有创、前处理复杂且易丢失挥发性物质。呼气采样则具有无创、便捷和高频的优势，但面临代谢物标准品有限、数据库不完善等问题。为解决这一难题，研究团队综合运用二次电喷雾电离高分辨串联质谱（SESI-HRMS/MS）和超高效液相色谱电喷雾电离高分辨串联质谱（UHPLC-ESI-HRMS/MS）技术，并设计高强度间歇训练实验，捕捉运动引发的生物学变化。同时，引入自建呼气代谢组数据库HealthXDB和水气分配系数（log Pw/g），进一步提升呼气代谢物鉴定的可靠性。最终，通过将呼气与血液代谢数据融合分析，验证了呼气代谢物的科学价值。
图1 研究流程概述
研究结果显示，呼气与血液代谢物虽呈现出相同的动态变化模式（包括“W型”、“M型”、“连续下降”、“连续上升”），但各自特征显著：共识别出66种呼气独有代谢物和59种血液特有代谢物，只有4种在两类样本中同时出现。这一发现凸显了呼气代谢组作为独立信息来源的价值。特别值得关注的是，呼气中多种与脂肪酸β-氧化和氧化应激相关的代谢物（如丁酸、丙酸、丁醛、庚醛）与血乳酸呈现一致变化，显示其有望成为运动监测的无创生物标志物。此外，研究还发现运动员与非运动员在近70%的呼气代谢物上存在差异，运动员体内的脂肪酸动员和氧化能力更强，提示呼气代谢物可用于运动员选材与训练效果评估。
该研究不仅为呼气代谢物的精准发现提供了新方法，也展示了将呼气与血液数据整合用于描绘更完整代谢通路的可能性。未来，呼气监测有望广泛应用于运动医学、慢性病管理等领域；结合智能穿戴设备的应用，还将推动个性化健康监测和科学运动指导走向更加精准与便捷。
研究依托暨南大学苏炳添速度研究与训练中心和广东省速度能力研究重点实验室完成，以上平台的支持为成果在运动监测与科学训练中的转化奠定了坚实基础。
图 2 呼气代谢组分析用于运动员（左）和青少年（右）训练监测
第一作者：汤志峰，杨键铭
通讯作者：李雪，方明亮
Reference:
Zhifeng Tang#, Jianming Yang#, Bingtian Su, Xin Xu, Xin Luo, Huiling Wang, Keda Zhang, Tao Huan, Pablo Sinues, Mingliang Fang*, Xue Li*. Metabolite Fusion between Breath and Blood Enables More In-Depth Understanding of the Endogenous Metabolome. Analytical Chemistry, 2025.
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.5c00543