丙戊酸半钠

编者注：傅若农教授生于1930年，1953年毕业于北京大学化学系，而后一直在北京理工大学(原北京工业学院)从事教学与科研工作。1958年，傅若农教授开始带领学生初步进入吸附柱色谱和气相色谱的探索 1966到1976年文化大革命的后期，傅若农教授在干校劳动的间隙，系统地阅读并翻译了两本气相色谱启蒙书，从此进入其后半生一直从事的事业——色谱研究。傅若农教授是我国老一辈色谱研究专家，见证了我国气相色谱研究的发展，为我国培养了众多色谱研究人才。 第一讲：傅若农讲述气相色谱技术发展历史及趋势第二讲：傅若农：从三家公司GC产品更迭看气相技术发展第三讲：傅若农：从国产气相产品看国内气相发展脉络及现状第四讲：傅若农：气相色谱固定液的前世今生第五讲：傅若农：气-固色谱的魅力第六讲：傅若农：PLOT气相色谱柱的诱惑力第七讲：傅若农：酒驾判官——顶空气相色谱的前世今生第八讲：傅若农：一扫而光——吹扫捕集-气相色谱的发展第九讲：傅若农：凌空一瞥洞察一切——神通广大的固相微萃取（SPME）第十讲：傅若农：悬“珠”济世——单液滴微萃取(SDME)的妙用第十一讲：傅若农：扭转乾坤——神奇的反应顶空气相色谱分析第十二讲：擒魔序曲——脂质组学研究中的样品处理第十三讲：离子液体柱——脂质组学中分离脂肪酸的气相色谱柱 上一讲我们主要介绍了在脂质组学中对脂肪酸的分析所用的离子液体毛细管色谱柱，但是用气相色谱分析脂肪酸源远流长，有许多故事，了解一些过去的故事对现在的发展理解有好处，温故才可以知新。　　先讲一下脂质组学中常常要研究的血浆分析，其中一个重要的项目是分析其中的脂肪酸，下面一个例子，概要介绍了血浆中脂肪酸的主要成分：　　“虽然游离脂肪酸只占血浆中脂肪酸的一小部分，但它代表一类高度代谢活性的脂质，脂肪组织是血浆游离脂肪酸的主要来源，其分布与食物的脂肪酸组成密切相关。在正常情况下从脂肪组织中释放脂肪酸与组织对能量的需要紧密相连。但是当代谢失调时，这种平衡被打乱，导致脂解增加，会释放出多于组织所需要脂肪酸的量。健康人经过一夜禁食后血浆中含有214 nmol/ml游离脂肪酸，油酸(18:1)的含量最高，其次是棕榈酸(16:0)和硬脂酸(18:0)，这三种酸占全部游离脂肪酸的78%。亚油酸(18:2)和花生四酸(20:4) 是主要的多不饱和脂肪酸(约占8%)。但是有营养作用的α-亚麻酸(18:3ω-3)，二十碳五烯酸(20:5, EPA)和二十二碳六烯酸(22:6, DHA)也占有一定比例，约为全部游离脂肪酸的1%。”1 脂肪酸气相色谱分析的历史故事　　气相色谱被认为是分析复杂混合物中脂肪酸的可靠方法，这一方法可追述到上世纪50年代，气相色谱的出现于脂肪酸的分析有密切的关系，1952年气相色谱发明人A. T. James 和 A. J. P. Martin就用最为原始的自制气相色谱仪分析小分子脂肪酸(Biochem J,1952,50:679),他们首次阐明气-液分配气相色谱的原理，设计了自动滴定检测脂肪酸的气相色谱仪。实验过程中使用的色谱柱为玻璃柱，其内径为4mm，长度为5英尺，固定相是把DC 550硅油涂渍在硅藻土Celite 545上。分离小分子脂肪酸的色谱如图1所示。 图1 用自动滴定计气相色谱仪分析小分子脂肪酸的色谱图　　分离从乙酸到戊酸的色谱如图2所示：图 2 分离从乙酸到戊酸的色谱　　此后分析脂肪酸的一个重大进步是把脂肪酸进行甲酯化，1956年James和Martin使用气体密度检测器，并把脂肪酸进行甲酯化，使用阿皮松类高温润滑脂作固定相，可以分离分子量大的脂肪酸。图3 是分离C5-C13直链和支链脂肪酸甲酯的色谱图。图 3 用高沸点润滑脂分离C5-C13直链和支链脂肪酸甲酯的色谱图色谱柱：在硅藻土载体上涂渍高沸点润滑脂；柱温：197℃；载气：氮气 14.1mL/min 色谱峰: (1) 空气, (2) n-戊酸甲酯，(3) n-己酸甲酯, (4) 4-甲基己酸甲酯,(5) 6-甲基庚酸甲酯, (6) n-辛酸甲酯, (7) 6-甲基辛酸甲酯, (8) n-壬酸甲酯,(9) 8-甲基壬酸酯, (10) n-癸酸酯, (11) 8-甲基癸酸酯, (12) 10-甲基十一酸酯 ,（13) n-十二酸酯, (14) 10-甲基十二酸酯2 脂肪酸气相色谱分析的发展　　脂肪酸的气相色谱分析由于它的极性和挥发性不好而带来麻烦，所以首先要把它的极性羰基转化成易于挥发的非极性衍生物。有多种烷基化试剂可以进行羰基的衍生化，使用最多的是进行甲基化，特别是使用氢火焰离子化监测器(FID)气相色谱时，尤为方便普及。但是使用FID也有一些不足之处。绝对的定量要依靠内标物的信号强度，经常使用的内标物是十七酸(而不是使用化学和物理性质与所测定脂肪酸相近的同位素标记脂肪酸混合物作内标)。人类体内不能合成奇数碳链的脂肪酸(包括碳17酸)，但是人们可以通过食物摄取它们，它们存在于血液的血浆中，增加内标物十七酸的量，从而扰乱定量分析。　　进一步讲，FID不能提供分子质量或其他结构特征信息，以便区分不同的脂肪酸，所以色谱和FID只是解决把所有要研究的脂肪酸分子完全分离开，用质谱解决脂肪酸的结构信息。大家应该知道使用电子轰击电离脂肪酸分子很容易被打成碎片，通过这些碎片可以进行脂肪酸的结构分析，但是灵敏度受到限制。弱电离技术比如负化学电离(NCI)可以改善检测限。使用卤代衍生化试剂可以进一步提高检测灵敏度，这种试剂增加了电子亲和力，可改善NCI-MS的灵敏度。Kawahara 使用五氟基苄(PFB) 作衍生化试剂来衍生化有机羧酸，这样的含氟衍生物电子很容易被俘获。此后这一方法扩展到脂肪酸的衍生化为脂肪酸酯，与脂肪酸甲酯相比，它很容易被NCI-MS检测。所以使用五氟基苄进行衍生化有利于提高检测灵敏度。许多研究者使用PFB做衍生化试剂进行脂质组学中的脂肪酸分析，例如Quehenberger等就是用这一方法分析巨噬细胞中的各种脂肪酸(Prostaglandins, Leukotrienesand Essential Fatty Acids，2008，79：123–129)。下图4 是分析巨噬细胞中的各种脂肪酸的色谱图。图 4 巨噬细胞中的各种脂肪酸的色谱图图中色谱峰的脂肪酸如下：(1)12:0 (2)14:0 (3)15:0 (4)16:1 (5)16:0 (6)17:1 (7)17:0 (8) a18:3 (9) 18:4 (10) g18:3 (11)18:2 (12)18:1 (13)18:0 (14)20:4 (15)20:5 (16)11,14,17–20:3 (17)bishomo-20:3 (18)20:2 (19)5,8,11–20:3 (20)20:0 (21)22:6 (22)22:4 (23)22:5 (24)22:2 (25)22:3 (26)22:1 (27)22:0 (28) 23:0 (29)24:1 (30)24:0 3 国内外进行气相色谱分析脂肪酸的一些例证　　 为了进一步了解进行气相色谱分析脂肪酸的具体情况，下面表1列出近50例分析各种样品中脂肪酸的色谱柱和分离对象。表2列出国外文献中分析人体组织中脂肪酸的例证。表 1 国内气相色谱分析脂肪酸的色谱柱和分析对象 表 2 国外文献中有关分析人体组织中脂肪酸的衍生化方法和所用色谱柱4 脂肪酸气相色谱分析所用色谱柱　　从已发表的文献看分析整体脂肪酸需用非极性的聚硅氧烷毛细管色谱柱，如聚二甲基硅氧烷，分离多不饱和脂肪酸需用极性强的色谱柱，如OV-275，OV-275(这是聚硅氧烷固定相中极性最强的色谱柱)和CP-Sil 88(HP-88)。 据安捷伦公司一份研究报告(5989-3760 EN)，他们对最重要的一些脂肪酸(甲酯)(见表3)进行研究，研究总结认为：聚乙二醇柱对不太复杂的样品可以得到很好的分离 而中等极性的氰丙基聚硅氧烷柱(DB 23)对复杂的 FAMEs 样品可以得到很好的分离，对一些顺反异构体也可以得到分离 要使顺反异构体分离的更好，就要使用更高极性的 HP-88 氰丙基色谱柱。表3 重要的一些脂肪酸　　三种主要色谱柱分离脂肪酸的特点如下：　　使用DB-Wax柱，DB-23 柱和HP-88 柱上分离37种脂肪酸混合物的色谱见图5-图7.图 5 FAMEs在30 m 0.25 mm ID, 0.25 μm DB-Wax 色谱柱上的色谱图 6 FAMEs混合物在 60 m 0.25 mm ID, 0.15 μm DB-23 柱上的色谱图 7 FAMEs 混合物 在 100 m 0.25 mm ID, 0.2 μm HP-88 柱上 的色谱　　其中HP-88 柱的极性最强，是含88%氰丙基甲基聚硅氧烷，其结构如下图8：图8 HP-88 的分子结构　　HP-88 对一些异构体的分离能力由于DB-23如下图9所示　　图 8 HP-88和HP-23分离能力的差别　　(此图来自Walter Jennings博士2008年在北京大学作报告时的ppt文稿)　　吴惠勤等使用P-88毛细管色谱柱分离了39种脂肪酸得到的质谱基峰离子和特征离子如表4中的数据。表4 39种脂肪酸在HP-88毛细管色谱柱上出峰次序( 吴惠勤等，分析化学，2007，35(7)：998-1003)

聚碳酸亚丙酯（PPC），又称为聚甲基乙撑碳酸酯，它是以二氧化碳和环氧丙烷为原料合成的一种无定形聚合物，被广泛应用于弹性体、涂料、合成革等领域，是一种完全可降解的环保型塑料。聚碳酸亚丙酯（PPC）材料性能优异，分子链段柔软、易分解、生物相容性好、气体的透过性低，可很好的应用于包装材料，阻水材料和阻氧材料等领域之中，例如一次性食品包装材料、一次性餐具材料、可降解发泡材料等。同时聚碳酸亚丙酯（PPC）材料以工业废气二氧化碳作为原料，避免了传统塑料行业产品对环境的二次污染，在一定程度上也是对日益枯竭石油资源的一种补充。全自动乌氏黏度计是聚碳酸亚丙酯（PPC）材料质量检测中的常用仪器，常用于检测聚碳酸亚丙酯（PPC）材料的特性粘度值。IV2000系列全自动乌氏黏度计具有操作方便，分子量适用范围广泛，数据重复性良好等优点，所以成为聚碳酸亚丙酯（PPC）材料等高分子材料化验分析中的常用实验仪器，为聚碳酸亚丙酯（PPC）材料的研发及生产提供更精准的实验数值参照。以杭州卓祥科技有限公司的IV2000系列自动乌氏黏度计、MSB系列多位溶样块、ZPQ智能配液器一整套黏度测试设备为例： 实验流程：1. 智能配液过程使用ZPQ智能配液器进行配液，点击配液功能后，直接输入浓度和质量（可通过连接天平直接获取），可直接计算出所需要的目标体积进行移液并且精度可达0.1%。可避免因手动配液方法导致的精度差、效率低及数据误差等问题。ZPQ智能配液器还具有密度计算功能，移取液体体积后，输入质量（可与天平通讯，直接获取），即可自动计算出密度值。2. 溶样过程MSB系列多位溶样块，采用金属浴的方式进行加热溶样并具有自动搅拌功能，同时最多可容纳15个样品。溶样效率快、转速可调、溶样时间可调、溶样温度可调、溶样温度最高可达180℃。3. 测试过程IV2000系列全自动特性粘度仪可实现自动连续测量，全程无需人员看管。并且采用的智能红外光电传感器，保证测量时间可精确到毫秒级，可有效确保实验数据的精度，避免人工实验导致误差。4. 测试结果：IV2000系列全自动特性粘度仪连接电脑端，得出结果可在计算机上直接显示，并有数据储存、多样化粘度分析报表等多种功能。

如今，心力衰竭（HF）的治疗依然是一个世界性难题。据统计，全球范围有超 3800 万名患者，严重威胁人类生命健康。心力衰竭并非是一种独立的疾病，而是一种临床综合征，几乎包括心脏病在内的所有心血管疾病最终都可能会发展为心力衰竭。心脏肥大是心力衰竭进展过程中的早期病理症状，也是心力衰竭出现的重要临床提示和危险因素。先前研究发现，肠道菌群代谢物能够影响多种疾病的进程，然而，菌群代谢物在心脏肥大和心力衰竭进程中的作用仍有待探究。因此，从代谢组学的角度探究心脏肥大和心力衰竭病理学过程，对于预防心脏肥大，以及发现心力衰竭发生发展机制和治疗靶点具有重要意义。近期，北京大学心血管研究所及团队研究发现，一种名为三甲基 - 5 - 氨基戊酸（TMAVA）的肠道菌群代谢物，通过丁基甜菜碱羟化酶（BBOX）抑制内源性肉碱的合成，最终加重高脂饮食诱导的心脏肥大，揭示出 TMAVA、BBOX 可能是肠道菌群干预治疗心脏肥大的潜在靶点。目前，相关研究以 “”（肠道微生物群产生三甲基 - 5 - 氨基戊酸减少脂肪酸氧化并加速心脏肥大）为题发表于 Nature Communications 上。“在心血管领域，心力衰竭目前仍难以治愈，这种病症可用的药物很少。另外，全球层面关于肠道菌群代谢和心力衰竭关系的研究较少，如果能通过肠道菌群来治疗心脏肥大及心力衰竭，对于广大患者而言是巨大的福音，其产业化前景也非常广阔。” 教授告诉笔者。在北京师范大学化学系本科毕业后进入中国科学院感光化学所工作。2000 年，他赴美国克利夫兰医院（Cleveland Clinic）攻读临床生物分析化学博士，师从美国国家医学院院士 教授。2007 年，他作为 “985” 引进人才进入北京大学心血管所，先后担任副教授、博士生导师、研究室主任等职务。目前，是北京大学心血管研究所副所长，教育部重点实验室主任助理，曾主持国自然血管重大专项培育基金等 7 项国自然基金，共发表 SCI 文章 114 篇，其中 81 篇 SCI 责任作者，SCI 引用 4030 次，拥有 3 项中国发明专利（第一发明人）。北京大学心血管研究所郑乐民菌群代谢物 TMAVA 具有促进心脏肥大的作用菌群代谢物 TMAVA 具有促进心脏肥大的作用在这项研究中，团队通过对 7 年间随访的 1647 名心力衰竭患者的血浆进行 TMAVA 靶向代谢组学检测，他们发现随着 TMAVA 水平的升高，心脏移植和患者死亡的发生率逐渐升高。接下来，研究人员通过小鼠模型探索 TMAVA 在心脏肥大中的作用与机制。他们在高脂喂食小鼠的基础上进行 TMAVA 干预，发现其心脏肥大和心功能障碍进一步加重，同时还伴随心脏脂质沉积，以及血浆甘油三脂、脂肪酸水平的增加。在高脂喂食小鼠 12 周后，通过脂质组学分析，他们发现小鼠心脏脂质代谢谱的改变，中链和长链脂肪酸在心脏中显着增加。机制层面，研究团队发现 TMAVA 不仅通过 BBOX 抑制内源性肉碱的合成，同时通过肉碱 / 有机阳离子转运体抑制肉碱的摄取，导致血浆和心脏组织中肉碱缺乏，并抑制脂肪酸氧化，进而加重高脂饮食诱导的心脏脂质堆积，导致线粒体结构和功能紊乱。随后，研究团队对 BBOX 敲除小鼠进行高脂饮食，发现小鼠血浆和心脏组织中肉碱水平下降，心脏存在异常的脂质堆积，同时表现出与 TMAVA 刺激相似的心脏肥大表型，这意味着 BBOX 通过抑制肉碱的合成加重心脏肥大，外源性肉碱补充剂可逆转 TMAVA 诱导的心脏肥大。总的来说，这项研究发现了菌群代谢物 TMAVA 通过抑制脂肪酸氧化加重高脂饮食诱导的心脏肥大，揭示了肠道菌群来源的 TMAVA 通过抑制肉碱合成和脂肪酸氧化降低，是心脏肥大发展的关键决定因素，并且TMAVA、BBOX 可能是潜在治疗靶点。已联合创办公司进行技术转化对于将这项研究应用在临床还需要解决的问题，总结了两点：其一，质谱代谢诊断。“所谓诊断方法，就是确定何种人群适合采用这种治疗方式。现阶段，我们正在临床方面建立质谱代谢诊断方法，即把质谱技术作为一种诊断方法应用到心力衰竭领域。” 他解释说。其二，菌群干预治疗。“很多研究已经证实，菌群对于很多疾病的治疗有所帮助，但是菌群治疗还没能进入到心力衰竭和脑卒中等患者基数最为庞大的疾病领域。目前，我们正期待通过合成生物学的方法，对菌群通过基因编辑进行改造，以期能够治疗心力衰竭，这在心力衰竭治疗领域非常具有创新性，应用前景较为广阔。” 他指出。“一方面是诊断，即质谱代谢诊断；一方面是治疗，即菌群干预治疗。这两个方面希望在将来都有机会对接临床应用。” 总结道。关于下一步的研究计划，表示，“针对刚刚提到的诊断和治疗两个层面，我们从 2016 年便开始寻求进行产业合作，就目前而言，诊断层面的产业化正在进行中，而治疗层面还没有开始。我们希望能够通过融资来进一步加速进程，也期望有产业合作来共同推动对于心力衰竭的菌群干预治疗。此外，我们也计划将来成立专门的团队来更加深入地研究菌群对心力衰竭的治疗策略。”第一，诊断方面，现阶段心力衰竭现行的检测方法主要是蛋白诊断。“而这正是这篇研究论文创新性的关键所在，揭示出除了蛋白诊断之外还可以用代谢来诊断心力衰竭，这对产业具有很大的推动作用。” 指出。传统的蛋白诊断基本都采用免疫法，即通过抗体和抗原结合的方法。“而我们揭示的方法是通过质谱代谢，借助分子量以及分子结构进行诊断，所以这种方法的特异性在将来有可能超越免疫法，准确率也可能高出很多。” 他表示。“目前，我们在诊断层面已经初具规模，第一，有科研团队；第二，有合作公司。我们已经和联合开发了一些质谱代谢诊断的方法，同时也在申报相关技术专利。” 说道，在他看来，质谱代谢诊断产业在心血管疾病领域中至关重要。“所以，我们需要继续吸引新的融资，以期能够让质谱代谢诊断快速地实现标准化。” 他补充说。第二，治疗方面，目前针对心力衰竭治疗的研究主要围绕细胞受体。据介绍，导致心力衰竭的机理有很多种，其中，最大的问题是线粒体障碍。“线粒体和能量代谢直接影响心力衰竭，而肠道菌群和线粒体之间是有关联的，所以，肠道菌群代谢物会影响到心脏的线粒体。”在他看来，菌群干预治疗将来会是小分子药物的一个有益补充。“我们接下来希望成立独立的团队来开展菌群干预治疗，这比诊断更为复杂，而且投资量也更大，所以我们想成立新的平台进行菌群的产业转化。” 指出。“综合来讲，诊断需要有治疗的配合，所以这两方面都必不可少，这也是我们想要更多投入的目的：一方面，把质谱代谢诊断推进到心力衰竭领域，目前我们已经开展了一些临床实验；另一方面，用于成立新的平台，通过菌群干预治疗包括心力衰竭与中风在内的各种心血管疾病。” 说道。据介绍，去年团队与联合成立了生物技术平台 —— ，专注于开发类器官平台，比如类心脏、类血管，以及癌症类器官等。对比细胞，类器官更能展示细胞所处的状态与细胞间的相互作用，更能模拟动物。“我们有一些需要在动物身上做的研究现在可以通过类器官实现了。” 他说道，“比如，在研究心力衰竭的时候，通过机器人来控制类心脏器官非常便捷，可以直接通过类器官来进行筛选药物对心脏的毒性。”除了心脑血管疾病，衰老以及代谢系统疾病都是世界性的研究课题，对于三者之间的关联，在看来，“衰老会直接引发心脑血管疾病，代谢系统疾病最终的死亡原因也大多是心脑血管疾病，所以，不论是衰老还是代谢最后都会归咎为心脑血管疾病。除此之外，衰老和器官衰老是两个概念，目前没办法来评估人体某个器官的寿命，我们希望未来能够通过蛋白组学、代谢组学技术来更客观地描述各个器官的寿命。”在看来，现阶段心脑血管疾病领域的代谢组学和蛋白组学实现产业化还需要较长的一段时间。“依照目前的状态，蛋白组学五年之内实现产业化非常难，第一，蛋白组学的定量还存在障碍；第二，蛋白组学的成本还相当的高；第三，蛋白组学较为依赖国外进口设备。” 他表示，“相较之下，代谢组学更有可能实现产业化，从而造福于病人。首先，定量准；其次，成本低；再次，越来越多的仪器公司，包括很多国内仪器公司都在研发用于诊断的质谱代谢仪器，如此一来可以打破欧美的垄断局面，实现质谱仪的本土化。”