2018-01-05   18:15

       近日，Nature Methods雜志（IF25.06）報道了清華大學(xué)歐陽證教授和瑕瑜教授在質(zhì)譜小型化及脂質(zhì)同分異構(gòu)體研究領(lǐng)域取得的研究進展。

圖片來源于Nature Methods　　

       PB反應(yīng)解鎖脂類C=C雙鍵位置 　　

       哺乳動物細(xì)胞脂質(zhì)組中含有較多的同分異構(gòu)體，這對于脂質(zhì)的定量和分析是一個挑戰(zhàn)。近日，清華大學(xué)（原普渡大學(xué)）瑕瑜教授開發(fā)了一種方法，能夠量化健康組織和癌變組織中脂肪酸和磷脂異構(gòu)體組成上的差異。

清華大學(xué)教授 瑕瑜

       脂質(zhì)異構(gòu)體具有相同的質(zhì)量，但卻承擔(dān)著不同的功能，瑕瑜教授開發(fā)的追蹤和計算不飽和脂質(zhì)異構(gòu)體的方法能夠揭示細(xì)胞脂質(zhì)組的功能。瑕瑜教授解釋說，脂類物質(zhì)同分異構(gòu)體C=C雙鍵的位置不同，采用串聯(lián)質(zhì)譜（MS/MS）方法，特別是低能碰撞誘導(dǎo)解離（CID）方法難以產(chǎn)生碎片離子，因為C=C位置具有較高的鍵解離能。有一些方法可以解決這個問題，但是需要大量的樣品量或?qū)ｉT的儀器。 　　

       瑕瑜教授開發(fā)了一種不同的方法，通過將光化學(xué)反應(yīng)——Paternò-Büchi（PB）反應(yīng)耦合到質(zhì)譜來定位C=C鍵。這種方法能夠識別脂肪酸C18:1和其他含18:1脂肪?；膹?fù)合脂質(zhì)。他們對嚙齒動物組織的分析顯示，腫瘤組織中某些同分異構(gòu)體水平升高，意味著這項技術(shù)有可能應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。 　　

       多年以來，瑕瑜教授一直在探索用以區(qū)分生物分子同分異構(gòu)體的質(zhì)譜方法。PB反應(yīng)是特異性修飾脂質(zhì)中C = C鍵的環(huán)加成反應(yīng)。她說：“當(dāng)PB反應(yīng)的產(chǎn)物離子化時，它們?nèi)菀自贑 = C位置裂解。使用PB-MS / MS，實驗室可以使用低能量的CID質(zhì)譜儀來分析脂質(zhì)并找到異構(gòu)體。使用這種方法并不困難：實驗室只需要一盞紫外燈，一個用作電噴霧電離（ESI）管路的熔融石英毛細(xì)管和用作ESI共溶劑的丙酮。” 　　

       瑕瑜教授很高興看到其他人采用她的方法，因為隨著越來越多的研究組發(fā)現(xiàn)C=C雙鍵，用于比較結(jié)果的數(shù)據(jù)也會越來越多。她還認(rèn)為需要數(shù)據(jù)分析軟件來簡化早期采用者實驗室和在更大的脂質(zhì)組學(xué)研究團體分享結(jié)果的方式。 　　

       瑕瑜與澳大利亞布里斯班昆士蘭科技大學(xué)(Queensland University of Technology)的Blanksby實驗室合作，著手比較用PB反應(yīng)和Blanksby實驗室研發(fā)的另一種離子解離方法——臭氧誘導(dǎo)解離(OzID)技術(shù)所獲得的數(shù)據(jù)。 　　

       小型質(zhì)譜系統(tǒng)助力脂類分析 　　

       瑕瑜教授還與清華大學(xué)另一位研究人員歐陽證教授合作，在其研發(fā)的小型化質(zhì)譜儀（Mini β 小型質(zhì)譜分析系統(tǒng)）上完成PB和OzID過程。瑕瑜教授表示，這一合作有可能將質(zhì)譜引入臨床診斷和疾病監(jiān)測領(lǐng)域。她和歐陽證教授正在研發(fā)用于脂質(zhì)分析的微量樣品（1μL血漿或1μg組織）處理方法。

清華大學(xué)教授 歐陽證 　　

       歐陽證教授說，就像大型儀器一樣，小型質(zhì)譜儀也能測量質(zhì)荷比，并具有類似的質(zhì)量范圍。小型質(zhì)譜的目標(biāo)是免去樣品前處理或色譜純化。相反，人們將使用一次性試劑盒套件對血液或組織進行直接脂質(zhì)分析，它適用于沒有接受過質(zhì)譜培訓(xùn)的普通用戶。 　　

       Mini β 小型質(zhì)譜分析系統(tǒng)采用原位電離，樣品能夠在未經(jīng)處理的狀態(tài)下進行離子化，歐陽證教授說。脂質(zhì)離子被轉(zhuǎn)移到真空條件下的離子阱質(zhì)量分析儀中進行質(zhì)量分析。最有挑戰(zhàn)性的是如何找到從樣品中萃取脂質(zhì)最有效的方法。他重新設(shè)計了小型化質(zhì)譜儀，摒棄了傳統(tǒng)的復(fù)雜泵送系統(tǒng)，且確保了真空系統(tǒng)中足夠的離子豐度，使儀器達到了較高的靈敏度。他開發(fā)并測試了多種基于試劑盒的原位電離方法。 　　

       由于生物組織中的脂質(zhì)含量相對較高，脂質(zhì)分析對于小型質(zhì)譜來說是一個有吸引力的應(yīng)用領(lǐng)域。Mini β 小型質(zhì)譜分析系統(tǒng)有助于發(fā)現(xiàn)和測量脂質(zhì)異構(gòu)體。異構(gòu)體比例可以用作生物標(biāo)記物并且無需精確的內(nèi)標(biāo)物。歐陽證教授及其團隊已經(jīng)將PB反應(yīng)應(yīng)用到了小型質(zhì)譜儀的分析中，并且用糖尿病患者的組織進行了測試。 　　

       分析工具產(chǎn)業(yè)化，脂質(zhì)組學(xué)研究再添利器 　　

       早在十年前，歐陽證教授就開始了小型質(zhì)譜項目的研發(fā)工作。他在普度大學(xué)的研究生導(dǎo)師，分析化學(xué)家和質(zhì)譜學(xué)家Graham Cooks教授，啟發(fā)了他的靈感。歐陽證教授說，這一過程需要克服技術(shù)和思維障礙。對許多人來說，嘗試將大型儀器所完成的傳統(tǒng)質(zhì)譜分析用鞋盒大小的小型質(zhì)譜來完成，聽起來多少有些“瘋狂”。這套小型質(zhì)譜系統(tǒng)已完成了原型設(shè)計，產(chǎn)業(yè)化為“Mini β 小型質(zhì)譜分析系統(tǒng)”，于2017年10月正式發(fā)布。同時發(fā)布的，還有利用PB反應(yīng)定位脂類C=C雙鍵的研究工具——Ω Reactor。歐陽證教授創(chuàng)立的創(chuàng)業(yè)公司清譜科技將與普渡大學(xué)和清華大學(xué)合作，繼續(xù)進行儀器研發(fā)。

       Mini β 小型質(zhì)譜分析系統(tǒng)

       脂質(zhì)組學(xué)C=C雙鍵定位研究工具——Ω Reactor　　

       歐陽證教授表示，生物學(xué)家找他尋求建議，這種互動增強了他的動力。在他看來，質(zhì)譜儀器沒有走出分析實驗室的原因在于它們的價格和體積，以及它們需要經(jīng)過良好培訓(xùn)的實驗員來操作。小型質(zhì)譜儀不會取代在脂類研究原始發(fā)現(xiàn)中起關(guān)鍵作用的常規(guī)質(zhì)譜，但它能夠應(yīng)用于快速篩選，通過直接采樣離子化方法利用原始組織進行質(zhì)譜分析。