PB反應結緣小型質譜，脂質組學研究再添利器

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

圖片來源于Nature Methods

　　PB反應解鎖脂類C=C雙鍵位置

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

清華大學教授 瑕瑜

　　脂質異構體具有相同的質量，但卻承擔著不同的功能，瑕瑜教授開發的追蹤和計算不飽和脂質異構體的方法能夠揭示細胞脂質組的功能。瑕瑜教授解釋說，脂類物質同分異構體C=C雙鍵的位置不同，采用串聯質譜（MS/MS）方法，特別是低能碰撞誘導解離（CID）方法難以產生碎片離子，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專門的儀器。

　　瑕瑜教授開發了一種不同的方法，通過將光化學反應——Paternò-Büchi（PB）反應耦合到質譜來定位C=C鍵。這種方法能夠識別脂肪酸C18:1和其他含18:1脂肪酰基的復合脂質。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體水平升高，意味著這項技術有可能應用于生物醫學領域。

　　多年以來，瑕瑜教授一直在探索用以區分生物分子同分異構體的質譜方法。PB反應是特異性修飾脂質中C = C鍵的環加成反應。她說：“當PB反應的產物離子化時，它們容易在C = C位置裂解。使用PB-MS / MS，實驗室可以使用低能量的CID質譜儀來分析脂質并找到異構體。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現C=C雙鍵，用于比較結果的數據也會越來越多。她還認為需要數據分析軟件來簡化早期采用者實驗室和在更大的脂質組學研究團體分享結果的方式。

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

　　小型質譜系統助力脂類分析

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

清華大學教授 歐陽證

　　歐陽證教授說，就像大型儀器一樣，小型質譜儀也能測量質荷比，并具有類似的質量范圍。小型質譜的目標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分析，它適用于沒有接受過質譜培訓的普通用戶。

　　Mini β 小型質譜分析系統采用原位電離，樣品能夠在未經處理的狀態下進行離子化，歐陽證教授說。脂質離子被轉移到真空條件下的離子阱質量分析儀中進行質量分析。最有挑戰性的是如何找到從樣品中萃取脂質最有效的方法。他重新設計了小型化質譜儀，摒棄了傳統的復雜泵送系統，且確保了真空系統中足夠的離子豐度，使儀器達到了較高的靈敏度。他開發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含量相對較高，脂質分析對于小型質譜來說是一個有吸引力的應用領域。Mini β 小型質譜分析系統有助于發現和測量脂質異構體。異構體比例可以用作生物標記物并且無需精確的內標物。歐陽證教授及其團隊已經將PB反應應用到了小型質譜儀的分析中，并且用糖尿病患者的組織進行了測試。

　　分析工具產業化，脂質組學研究再添利器

　　早在十年前，歐陽證教授就開始了小型質譜項目的研發工作。他在普度大學的研究生導師，分析化學家和質譜學家Graham Cooks教授，啟發了他的靈感。歐陽證教授說，這一過程需要克服技術和思維障礙。對許多人來說，嘗試將大型儀器所完成的傳統質譜分析用鞋盒大小的小型質譜來完成，聽起來多少有些“瘋狂”。這套小型質譜系統已完成了原型設計，產業化為“Mini β 小型質譜分析系統”，于2017年10月正式發布。同時發布的，還有利用PB反應定位脂類C=C雙鍵的研究工具——Ω Reactor。歐陽證教授創立的創業公司清譜科技將與普渡大學和清華大學合作，繼續進行儀器研發。

Mini β 小型質譜分析系統

脂質組學C=C雙鍵定位研究工具——Ω Reactor

　　歐陽證教授表示，生物學家找他尋求建議，這種互動增強了他的動力。在他看來，質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，以及它們需要經過良好培訓的實驗員來操作。小型質譜儀不會取代在脂類研究原始發現中起關鍵作用的常規質譜，但它能夠應用于快速篩選，通過直接采樣離子化方法利用原始組織進行質譜分析。

　　文章鏈接：https://www.nature.com/articles/nmeth.4550

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