质谱病分析

2023年12月11日，衡昇质谱（北京）仪器有限公司宣布与四川大学分析测试中心（以下简称“川大分测中心”）共建质谱实验室。双方将依托该共建实验室，深耕元素标记与单纳米颗粒领域研究，力争取得更多科研成果。四川大学分析测试中心主任吕弋、衡昇质谱总经理祝敏捷等领导出席了签约仪式，并为实验室揭牌。衡昇质谱总经理 祝敏捷（左）与四川大学分析测试中心 主任 吕弋 签约合影聚焦ICPMS检测和金属元素/纳米探针标记四川省学术技术带头人，四川大学分析测试中心 主任吕弋谈到，近几年，ICP-MS应用范围大大拓展，利用原子光谱和无机质谱技术，对生物分子的高灵敏和高准确度分析新方法，为蛋白质和核酸的高灵敏和高准确度分析提供了新策略和新途径。吕弋介绍到，近年来，川大分测中心以ICP-MS检测和金属元素/纳米探针标记为基础，系统地开展了疾病标志物分析方法研究，包括：高灵敏度定量-基于单颗粒纳米粒子计数和信号放大探针的金属元素/纳米标记分析研究；高准确度定量-基于金属稳定同位素比率的疾病标志物准确定量研究；多组分定量-基于金属元素/纳米标记的多组分疾病标志物同时分析研究。吕弋表示，近两年通过很多业内专家了解到，衡昇质谱的ICP-MS性能很不错，这也让我们对衡昇质谱公司和产品产生了兴趣。在装机验收过程中，仪器的表现让我们心里有了底。非常高兴国产无机质谱取得这样的成绩，期望衡昇质谱的仪器和技术，持续支持我们的科研工作。四川大学分析测试中心 主任 吕弋 致辞祝敏捷表示，“非常感谢吕弋主任对我们的认可，以及对我们的要求和期望。衡昇质谱的既定目标就是发展有自主知识产权的质谱。无机质谱中，四极杆质谱是目前应用最广泛的技术。衡昇质谱聚焦在四极杆质谱，也是将目标定位在这个最广泛的市场。在目前近2000台ICPMS每年的中国市场，我们聚焦高端，依靠性能优势扎实赢得市场。目前我们一些核心指标，已经与国际先进水平非常接近，甚至已经超越。在软件方面也在不断更新，尤其在与色谱、激光剥蚀等联用应用的功能，以及电子稀释等独特的功能，不断在客户处得到验证。目前市场上越来越多专家，逐渐体会到了这一点。衡昇质谱已经在地质检测、食药、核工业，高校等很多领域赢得了第一批关键客户。祝敏捷补充到，很高兴能和川大分测中心达成合作，让衡昇质谱的ICP-MS更好的支持吕老师团队的科研工作。也希望我们仪器新性能不断在川大分测中心得到验证。借助共建实验室的成立，我们将以依托我们的质谱产品，以及技术服务，逐步展开单纳米颗粒分析与元素标记相关研究的合作。衡昇质谱（北京）仪器有限公司 总经理 祝敏捷 致辞　　双方共同为示范合作实验室揭幕　　从左至右：衡昇质谱市场总监冯旭，应用部经理李孟婷，四川大学分析测试中心孙明霞副研究员，衡昇质谱西大区经理蒲裕伟，总经理祝敏捷，四川大学分析测试中心中心主任吕弋，副主任李成辉，刘睿教授，宋红杰 高级实验师，冯洋副研究员。在随后谈到国产仪器替代的话题，吕弋和祝敏捷进一步谈了感受。吕弋讲到，目前国家对国产仪器的支持和政策环境都是很正向。在此环境下，我们高校科研工作者也希望在分析仪器，尤其是高端科学仪器有更多的国产仪器选择。目前国内国际环境下，开始考虑选择国产仪器的用户越来越多。这对国产仪器厂商是机遇也是挑战。关键在核心部件国产化谈到仪器的国产化替代，祝敏捷表示，核心部件的国产化非常关键。衡昇质谱早期的产品，很多关键部件都是依赖进口。虽然仪器的性能出众，但核算下来仪器成本会很高，在市场上不会占优势。经过多年的潜心研发，关键部件国产化替代的努力，我们很多核心部件逐步实现国产化，比如我们自研的RF发生器，四极杆电驱动系统QPS，质量分析器，真空腔等等，在保证性能的前提下，实现越来越高的国产化率。不断迭代，必经之路祝敏捷补充到：“国产仪器，不断迭代非常重要。研发出一款优秀的产品固然重要，但这不是终点，最多只是一个节点。因为与国外先进技术相比还有很多差距。接下来的关键就是笔耕不辍，不断投入。只有持续的在已取得技术成果上，不断技术迭代，才是实现超越的必经之路。这需要一点信仰，需要一点成就感驱动。仪器行业需要一些‘笨’的人，‘笨’的人愿意坐冷板凳、下苦功夫。这是成功的唯一诀窍。总有人要做难而正确的事。我们衡昇质谱已经做好在质谱研发方向，十年投入的决心。如川之逝，不舍昼夜。与四川大学分析测试中心共建质谱实验室的建成，是衡昇质谱在定位发展高端质谱坚实的一步，也体现了顶尖科研团队对国产质谱产品初步的认可。接下来，衡昇质谱以仪器以及技术服务为基础，在这个领域助力取得更多科研成果。并且，以“数十年磨一剑”的奋斗精神，聚焦国家战略需要，构建国产仪器新局面，助力仪器国产梦的实现。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 摘 要: /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 质谱法不仅经常被用于血液和尿液样本中脂质的研究，同时也可用于以实验动物器官为样本的脂质研究。近年来，将匀浆样本的多变量分析结果与待测样本组织切片空间分布研究结果相结合的方式，有望加速有关疾病机理阐释或新药研发方面的研究工作。 因此，本应用实例对2,2’-偶氮(2-氨基丙烷)双盐酸盐(AAPH)给药后，非酒精性脂肪肝(NAFLD)模型小鼠脂质成 span style=" text-indent: 2em " 分的变化进行研究。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 1 研究背景 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 肝细胞癌通常由肝炎病毒引起，但也可能由酒精性肝炎引起。然而，由于代谢综合征病例的增加，与酒精无关的非酒精性脂肪性肝炎(NASH)的发病率也有增加。因此，目前正在进行各种各样的相关研究。以往的研究表明，非酒精性脂肪肝病(NAFLD)的出现或其发展为非酒精性脂肪性肝炎(NASH)的进程与氧化应激之间存在很强的相关性。然而，这一机制的细节和诱发、影响因素尚不清楚。近年来, 动物实验结果表明2,2’-偶氮(2-氨基丙烷)双盐酸盐(AAPH)给药可以抑制脂肪在肝脏的过度积累1)。为了阐明其作用机制，可使用多种类型的质谱仪对同一样本进行分析，充分利用不同类型质谱提供的数据信息。本文描述了对AAPH 给药后NAFLD 模型小鼠研究的实例。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/5915422f-fd59-4161-8be6-0d165758d8f2.jpg" title=" 1.png" alt=" 1.png" / /p p style=" text-align: center " 图1 实验动物准备 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 2. 实验材料及方法 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 以NAFLD 模型小鼠为实验动物， AAPH 单剂量(90mg/kg)给药24 小时后取肝脏进行实验。肝脏匀浆样本用于LCMS 分析，制备10μm 厚肝脏冰冻组织切片用于成像质谱分析。将给予磷酸盐缓冲液(PBS)的模型小鼠肝脏作为对照样本(图1)。成像质谱分析的流程图如图2 所示。使用冷冻切片机制备10μm 厚的老鼠肝脏组织切片(I)，将切片放置于ITO 导电载玻片表面(II)，在组织切片表面涂敷基质辅助电离(III)，获取成像质谱分析数据(IV)。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/e65e6c2a-746e-4a29-9027-5c007baf8713.jpg" title=" 2.png" alt=" 2.png" / /p p style=" text-align: center text-indent: 2em line-height: 1.75em " 图2 成像质谱分析流程 /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.75em " 3. 使用LCMS 数据进行验证 /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.75em " 取模型小鼠肝脏，匀浆后由LCMS进行分析，对脂质成分进行检测。实验条件如表1所示。 /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.75em text-align: center " 表1 LCMS实验条件 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/452b470c-8f24-4e51-a583-8212f9502448.jpg" title=" 3.png" alt=" 3.png" / /p p style=" text-align: center " 图3 LCMS-IT-TOF /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 图3 显示实验数据进行统计学分析的结果。对AAPH给药组与对照组进行比较，多种脂质成分存在差异。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 表2 总结了出现特征变化的不同脂质成分。 /p p style=" text-align: center text-indent: 2em line-height: 1.75em " 表2 AAPH 给药后发生变化的脂质组分 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/8039b671-0c06-454f-90ef-c37c83bf5af0.jpg" title=" 4.png" alt=" 4.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 根据分析结果，通过对比给药组与对照组肝脏匀浆检测数据的统计学分析结果，可以鉴别给药后发生变化的组分。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 294px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/2817dda4-851e-4ea4-bd22-9c96d9047c8d.jpg" title=" 5.png" alt=" 5.png" width=" 600" height=" 294" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 图3 统计学分析结果 /p p style=" text-align: center " (A) PCA score plot, (B) PCA loading plot, (C) OPLD-DA score plot, (D) OPLS-DA S-plot /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 4. 使用成像质谱进行脂类成分的可视化分析 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 表3显示了iMScope成像质量显微镜的分析条件。成像质谱分析的实验结果如图5所示。相邻切片的HE染色结果如图4所示。使用正离子模式分析组织切片，成功获得表2中在LCMS分析结果中出现变化脂质成分的质谱图像，如图5中虚线框选的质谱图像。此外，还获得了在采集范围内其他具有类似特征分布的脂质成分的质谱图像。成像质谱技术的主要优点之一是通过一次分析在同样的分析条件下，可以同时提供多个不同质荷比化合物的空间分布信息。这一特点使无标记成像质谱分析成为可能。本应用实例中，部分脂质成分可以根据iMScope的检测数据并参考相关文献得到鉴别2),3)。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/173cb788-d8f8-4c66-96e4-e859095877ee.jpg" title=" 6.png" alt=" 6.png" / /p p style=" text-align: center " 图4 连续切片的HE染色结果 /p p style=" text-align: center " 表3 iMScope成像质谱实验条件 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/1067befb-7acb-4e1d-881c-9c868b4db0b5.jpg" title=" 7.png" alt=" 7.png" / /p p style=" text-align: center" img style=" width: 600px height: 350px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/34ee0d51-4b7a-4519-832b-051e09819ef2.jpg" title=" 8.png" width=" 600" height=" 350" border=" 0" vspace=" 0" alt=" 8.png" / /p p style=" text-align: center" img style=" width: 600px height: 186px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/ee38d58c-510f-4865-9a5d-d1c0a79298d1.jpg" title=" 9.png" width=" 600" height=" 186" border=" 0" vspace=" 0" alt=" 9.png" / /p p style=" text-align: center " 图5 iMScope 质谱成像分析结果 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 5. 小 结 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 本文展示了AAPH 给药后发生变化的脂质成分在模型小鼠肝脏切片上的空间分布结果。在新药研发或临床应用相关的基础医学研究领域中，必须建立可以针对给定研究目标及样本特点进行优化的实验体系。因此，多种类型的质谱仪被广泛使用。此外，如本文所述，利用新型质谱仪进行多层面分析也有望发现新的信息，并提高研究效率。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 6. 参考文献 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 1) Free. Radic. Res, 38: 375–84 (2004) /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 2) Anal. Chem. 80(23): 9105–14 (2008) /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 3) Anal. Chem. 84(4): 2048–54 (2012) /p p br/ /p

近期，清华大学化学系瑕瑜教授课题组与清华大学药学院尹航教授课题组以及北京清华长庚医院王韫芳研究员团队合作在Angew. Chem. Int. Ed杂志上发表了题为 “sn-1 Specificity of Lysophosphatidylcholine Acyltransferase-1 Revealed by a Mass Spectrometry-based Assay” 的文章。第一作者为清华大学化学系博士生赵雪与梁家琦，通讯作者为瑕瑜教授。该工作首次揭示磷脂酰胆碱酰基转移酶1(LPCAT1)在合成胆碱甘油磷脂 (PC)时对甘油骨架的sn-1位置具有选择性 该选择性与LPACT1在人肝细胞癌组织中的高表达直接导致了sn位置异构体PC 18:1/16: 0的显著升高。以上研究对于发展基于脂质异构体分析的新型疾病诊断与靶点发现具有启示意义。　　LPCAT1是细胞内PC的合成通路中脂质重塑过程关键的酶。已有相关研究表明，LPCAT1在多种癌症组织中表达上调并且对饱和或单不饱和的酰基辅酶具有选择性。然而LPCAT1对甘油骨架sn位置的选择性还尚不明确，这主要是由于sn位置异构体难以区分与定量。2019年瑕瑜教授课题组利用PC碳酸氢根加合物([PC+HCO3]-)在串级质谱中碎裂产生的“sn-1 frag.”实现了sn位置异构体的定性与定量(Zhao X, Xia Y, et al. Chemical Science, 2019, 10:10740)。基于此，本工作建立了测定LPCAT的sn位置选择性的LC-MS流程。作者以sn-1 LPC和sn-2 LPC的混合物为底物，LPCAT1过表达的HEK 293T细胞膜碎片作为酶源，加入酰基辅酶，37℃下进行孵育。酶反应产物通过反相液相色谱(RPLC)中分离及质谱检测 其与内标的色谱峰面积比对总的合成产物(sn位置异构体之和)进行定量。继而对酶反应产物的碳酸氢根加合物进行串级质谱分析，通过“sn-1 fragment”的百分比对sn位置异构体进行定量(分析流程如图1)。继而通过建立sn-1 LPC和sn-2 LPC的酶反应动力学曲线，比较动力学常数来确定sn位置选择性。　　图1. LC-MS/MS流程用于定量分析LPCAT催化所产生的PC sn位置异构体　　鉴于不同分子量的PC分子可以在RPLC中分离，该流程可以同时测定LPCAT1对多种酰基辅酶(如，17:0-CoA, 18:1-CoA和20:4-CoA)的选择性。结果显示LPCAT1对三种酰基辅酶均表现出活性，20:4-CoA的活性最低。当LPCAT1将三种酰基辅酶连接到甘油骨架上时，均选择性的加在了sn-1位置，即只合成了PC 17:0/16:0，PC 18:1/16:0和PC 20:4/16:0。因此，基于图1的LC-MS/MS分析流程，该研究首次明确了LPCAT1对甘油骨架的sn-1位置具有选择性。　　已有研究表明LPCAT1在肝细胞癌组织中表达上调。为了探究肝细胞癌中PCsn位置异构体的组成是否会受到LPCAT1对sn-1位置选择性的影响，该工作对人肝细胞癌组织和正常肝组织中PC的sn位置异构体进行LC-MS/MS分析。结果显示PC 18:1/16:0在肝细胞癌组织中显著上升。该工作进一步对常用的肝癌细胞系HepG2中的LPCAT1进行敲降，敲降后PC 18:1/16:0的含量显著下降。这表明肝细胞癌组织中PC 18:1/16:0的含量与LPCAT1对sn-1位置的选择性以及LPCAT1的表达上调直接相关。更重要的是，解吸电喷雾电离质谱(DESI)对PC 18:1/16:0的分布成像与人肝细胞癌组织连续切片的LPCAT1的免疫荧光成像以及H&E染色高度吻合(图2)。因此PC 18:1/16:0可能作为新型生物标志物，用于划分癌变区域和癌旁区域。　　图2. 人肝细胞癌组织连续切片H&E染色(a)组织中LPCAT1的免疫荧光成像(b)以及DESI MS2 对PC 16:0_18:1的sn位置异构体分布的成像(c, d)　　总的来说，该工作建立了用于测定LPCAT的sn位置选择性的快速、灵敏、高通量的LC-MS/MS分析流程。它深度剖析了组织中sn位置异构体的组成、分布与酶的功能、分布的关系 阐明了脂质异构体作为新型生物标志物用于疾病的诊断与治疗的巨大潜力。不过其他几种LPCAT在连接酰基辅酶时对sn位置选择性还有待进一步研究。