敞开式质谱成像方法的组织样品稳定性研究

以添加镇静催眠候选新药N6-羟苄腺嘌呤核苷[N6-(4-hydroxybenzyl)adenine riboside,NHBA]的组织匀浆切片作为考察对象,对空气动力辅助离子化质谱成像系统(Air Flow Assisted Ionization Mass Spectrometry Imaging,AFAI-MSI)的关键参数进行考察与优化,以保证最佳条件进行样品检测。在此基础上,对预处理的整体大鼠组织切片进行平行的连续两次质谱成像分析,考察了其内源性代谢物在成像分析过程中是否发生变化。通过对采集数据中关键质谱峰的筛选等处理步骤,并采用可视化的主成分分析(PCA)方法,开展了组织样品内源性代谢物的稳定性分析,最终验证了采用该样品前处理和质谱成像方法,能够保证组织切片样品中内源性代谢物的稳定性,为质谱成像分析结果提供了可靠依据。     

常压敞开式离子化质谱技术研究进展

近年来,无需复杂样品前处理、且在开放环境下实现离子化的常压敞开式离子化质谱技术( Ambientionization mass spectrometry,AI - MS)的研制与应用成为质谱学领域的前沿及备受关注的研究方向.该文综述了AI离子源的基本原理、特征与应用进展,并结合笔者研制的空气动力辅助离子化(Air flow assisted ionization,AFAI)技术,介绍了气流辅助常压敞开式离子化技术的基本特点及其应用.展望了常压敞开式离子化技术的发展趋势.     

正负离子切换扫描质谱成像分析方法及其整体动物体内代谢应用研究

基于质谱成像(MSI)技术的空间分辨代谢组学方法已经成为生物组织学、肿瘤分子病理诊断和新药药效毒理研究的有力工具。该研究采用敞开式空气动力辅助解吸电喷雾离子化(AFADESI)技术,开发了一种正负离子切换扫描的质谱成像方法。该方法在离子化过程中无需施加高电压,既提高了敞开式离子化质谱成像的操作安全性,还可将生物组织切片,尤其是较大面积的整体动物组织切片中的各类不同性质的内源性代谢物进行高效率解吸和离子化,同时获得多胺、氨基酸、磷脂(正离子模式易电离)和核苷、磷脂酰甘油(负离子模式易电离)等内源性代谢物的空间分布特征。通过正负离子化的同时扫描和质谱成像分析,节省了数据采集的时间和样本切片的数量,扩展了代谢物的覆盖范围,使得一次实验可以成像检出更多种类的代谢物。因此,该方法在整体动物各组织器官的空间分辨代谢组学研究中具有优势,有望从整体动物体内代谢水平深刻理解与生理、病理和药理相关的分子空间分布特征及分子机制。     

常压敞开式质谱离子源发展趋势

近年来常压敞开式离子源凭借快速、原位、实时离子化样品等优势,被广泛应用于样品快速筛查、真伪鉴定、质谱成像等领域,已成为当今离子源的研究热点,受到了学术界及仪器制造、化学和生物分析等相关产业界的广泛关注。目前,该类离子源朝着克服基体效应、提高样品表面定位能力及增加离子传输距离等方向发展。本文主要介绍了可以很好解决上述问题并具有代表性的三种常压敞开式离子源:电喷雾萃取离子源(EESI)、介质阻挡放电离子源(DBDI)及空气动力辅助离子源(AFAI),重点涉及原理以及在此基础上所做的设计改进和应用进展。     

敞开式离子化质谱技术及其在微生物分析中的应用

敞开式离子化质谱(Ambient ionization mass spectrometry,AI-MS)是近年来兴起的质谱分析技术,可在敞开的大气环境下实现离子化,无需或只需少许样品前处理步骤,具有实时、简便、快速、高通量等诸多优点。近年来AI-MS技术的发展与应用已成为质谱领域备受关注的热点之一。该文综述了AI-MS的技术分类与原理特点,总结了AI-MS在微生物领域的应用。重点介绍了AI-MS在微生物种属鉴定与分型、微生物代谢物分析与生物膜分析、质谱成像等领域的应用。目前,环境电离与便携式质谱仪相结合已得到越来越广泛的应用,即将成为质谱领域的新热点。     

空气动力辅助离子化新型质谱技术用于药物快速实时分析的研究

采用自主研制的新型空气动力辅助离子化质谱技术(AFAI-MS)及其装置,对违法饲料添加的未知药片进行了快速实时质谱分析,并对其中的药效成分进行了结构鉴定研究。通过本技术快速、高效地获取了药片中有效成分的一级质谱、二级质谱、分子离子的精确质量数等关键结构信息。在此基础上,结合"抗胆碱"的药理作用以及网络数据库搜索结果,分析推断出该药效成分为山莨菪碱;并结合对照品比对分析,最终确定该未知药片为山莨菪碱片。本方法为药物相关领域中复杂样品的快速实时检测提供了有效的分析途径,并为打击药品违法添加提供了重要的分析依据。     

新型空气动力辅助离子源与不同类型质量分析器的快速接口技术

报道了新型空气动力辅助离子化(AFAI)装置与不同类型商业化质量分析器的快速接口技术. 在前期研究基础上, 进一步提高了AFAI系统的抽气流速, 在更宽范围内考察了流速对质谱灵敏度的影响; 对AFAI离子源进行模块化设计和制作, 重点解决快速接口问题, 通过更换接口板可实现其与不同厂家、 不同类型质量分析器的兼容及联用, 尤其可以与具有气帘接口的质量分析器联用. 本离子源装置结合不同质量分析器可以进行全扫描、 子离子扫描、 母离子扫描、 中性丢失扫描和高分辨等多种类型质谱分析, 而且AFAI可在电喷雾(ESI)、 解析电喷雾(DESI)和大气压化学电离(APCI)等多种离子化模式下工作, 从而实现对不同性质化合物的快速检测. 本研究结果进一步提高了AFAI离子化技术的功能, 拓展了其应用范围.     

复杂样品质谱分析技术的原理与应用

原位、实时、在线、非破坏、高通量、低耗损的质谱学方法是质谱分析技术发展的重要趋势.在无需样品预处理的条件下对复杂基体样品中痕量待测物直接离子化技术的出现,极大地提高了质谱分析的效率,使实际样品的快速质谱分析成为可能.本文着重综述了能够在无需样品预处理情况下对复杂基体样品离子化的新兴质谱技术及其应用研究,系统阐述了直接离子化技术的基本原理和方法,介绍了几种典型的常压直接离子化技术和装置,对直接离子化质谱分析技术在食品、药品、环境、活体分析、代谢组学、蛋白质组学以及生物组织质谱成像等领域的典型应用进行了述评,讨论了提高复杂样品快速质谱分析选择性的可能方法,并展望了常压直接离子化技术未来发展的可能趋势.     

大气压激光解吸附离子化质谱技术用于药片有效成分的快速实时分析

采用大气压激光解吸附离子化质谱(APLDI-MS)技术对多种药片的有效成分进行了快速实时分析。在不进行任何样品处理的条件下,含有一种或多种有效成分的药片,均可通过APLDI-MS分析直接得到其有效成分的质谱信号,并且可通过二级质谱对它们进行结构确认。APLDI在离子化过程中不需加载高电压,也不使用溶剂或气体辅助离子化;同时由于所使用的近红外脉冲激光具有较强的穿透性,因此对于有薄衣包覆的药片也可以直接进行检测。本方法具有简便、快速、准确的优势,在药物高通量筛查、质量控制、打击药品违法添加等领域具有广阔的应用前景。     

质谱成像技术在肿瘤研究中的应用进展

质谱成像(Mass spectrometry imaging,MSI)作为一种新型的分子成像技术,具有无需标记、无需复杂样品前处理、高通量等优点,可实现脂类、代谢物等的直接分析,并可获得组织切片中物质的空间分布信息,已成为生物、医学等领域研究的有力工具。离子化技术是质谱成像的关键和核心,新型质谱成像离子化技术的不断涌现,推动了质谱成像技术在肿瘤研究中的应用。该文着重介绍了当前主要质谱成像技术的原理及特点,并对其在肿瘤的病理诊断、标志物、药物研究等方面的应用进行评述,为质谱成像技术在肿瘤方面的研究提供参考。     

基于超高效液相色谱-质谱的胶质瘤患者血浆代谢组学研究

采用超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱质谱(UHPLC-Q-OrbitrapHRMS)技术对胶质瘤患者和正常对照人群的血浆进行代谢轮廓分析,筛选胶质瘤代谢标志物,为其发病机制阐明和临床早期诊断提供科学依据。通过对UHPLC-Q-OrbitrapHRMS采集得到的谱图进行峰识别、峰匹配和去噪等处理后,应用主成分和正交偏最小二乘-判别分析法对代谢组学数据进行统计分析,筛选VIP1.0及P0.05的差异代谢物,并进一步对其诊断能力进行评价。结果显示,胶质瘤患者的血浆代谢轮廓发生明显变化,发现并鉴定得到10个差异代谢物,其中亮氨酸、缬氨酸、色氨酸、胆碱和牛磺酸在胶质瘤患者血浆中含量降低,组氨酸、柠檬酸、乳酸、肌酸和丙酮酸含量升高,与正常对照组比较具有显著性差异(P0.05),提示氨基酸和能量等代谢异常可能对胶质瘤的发生发展具有重要影响。此外,各差异性代谢物对胶质瘤均显示出较好的诊断能力(AUC0.8),可作为潜在诊断标志物。     

基于液相色谱-质谱技术的肾脏代谢组学分析方法研究

建立了一种基于高效液相色谱-超高分辨质谱技术的肾脏代谢组学分析方法。肾脏组织于液氮中研磨成粉后,采用甲基叔丁基醚/甲醇/水溶剂体系进行提取,分别得到强极性部分(下层)和弱极性部分(上层)提取物,依次采用HILIC亲水色谱柱和反相C18色谱柱进行梯度洗脱分离后,进行高分辨质谱分析。采用电喷雾离子源(ESI),正、负离子模式检测,扫描方式为全扫描,扫描范围为100~1000 Da,质量分辨率为120000。结果表明,该方法灵敏度高,专属性强,稳定性良好,可同时获取肾脏组织中的强极性和弱极性代谢物信息,可为肾脏疾病和药物肾毒性生物标志物的发现提供一种新的方法。     

Rapid high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry method for determination of pentoxifylline and its active metabolites M1 and M5 in human plasma and its application in bioavailability study

A new rapid, sensitive and selective liquid chromatography coupled with mass spectrometry method was developed and validated for the simultaneous quantification of pentoxifylline (PTX) and two major active metabolites in human plasma (M1 and M5). After a deproteinization step, chromatographic separation of the selected analytes was performed on a RP-C18 column. The detection of target compounds was in multiple reaction monitoring mode using an ion trap mass spectrometer equipped with an electrospray ion source. The method was validated and proved to be linear, accurate and precise over the range 5.08-406.14, 10.08-806.40 and 20.15-1611.60 ng/mL in case of PTX, M1 and M5, respectively. The major advantages of this method are the small sample volume, simple sample processing technique, the high sensitivity and the very good selectivity guaranteed by the MS/MS (in case of PTX) or MS/MS/MS (in case of M1 and M5) detection. The validated method has been successfully applied to a bioequivalence study.     

化学衍生用于代谢物异构体质谱分析

内源性代谢物是机体生命活动的中间体和终产物,对其进行定性和定量分析在生命科学研究中具有重要意义。质谱能够同时提供化合物的定性和定量信息,已经成为一种通用的内源性代谢物分析技术。由于质谱是通过检测离子质荷比获取化合物组成信息,区分生物体内复杂多样代谢物同分异构体仍然是质谱分析亟待解决的难题之一。化学衍生通过放大同分异构体理化性质差异,能够增强质谱检测的灵敏度和特异性。本文介绍了化学衍生用于代谢物异构体质谱检测的研究进展,对用于脂质、糖类和手性氨基酸等精细结构异构体的化学衍生质谱分析方法及应用进行了综述。特别强调了微液滴化学反应加速在衍生化质谱分析中的发展,其有望成为代谢物实时原位衍生化检测的新方法。此外,将生物组织原位衍生化与质谱成像分析技术相结合,对于研究低丰度、非极性和异构体代谢物的空间分布及其功能具有重要价值。     

Urine metabolomic characteristics of female patients with occupational chronic cadmium poisoning after 15 years of treatment

Occupational chronic cadmium poisoning (OCCP) can cause irreversible organ damage. Currently, no effective treatment is available for OCCP, and effective and sensitive biomarkers for treatment evaluation are still lacking. In this study, metabolomics techniques were used to analyze changes in endogenous metabolites in the urine of patients with OCCP after 15 years of treatment. Thirty urine samples from female patients with OCCP and healthy female controls (n = 15 per group) were assessed using gas chromatography–time-of-flight mass spectrometry and ultra-high-performance liquid chromatography–Q-Exactive mass spectrometry. The OCCP group had higher concentrations of blood urea nitrogen and urinary cadmium but near-normal urinary concentrations of β₂-microglobulin and retinol-binding protein. Compared with the control group, the OCCP group had 66 significantly different metabolites with a variable importance in projection score >1 and p < 0.05. These differential metabolites were involved in various metabolic pathways, such as creatine metabolism, nicotinate and nicotinamide metabolism, the pentose phosphate pathway, d -glutamine and d -glutamate metabolism, and amino acid metabolism. Compared with the control group, the OCCP group had significantly higher urinary concentrations of creatine, glutamic acid, quinolinic acid and nicotinic acid. In a receiver operator characteristic analysis, the area under the curve of creatine was higher than those for glutamic acid, quinolinic acid and nicotinic acid, indicating that urinary concentrations of creatine could be used as a sensitive biomarker for the diagnosis and prognosis of OCCP and for monitoring its treatment.     

Rapid identification of efavirenz metabolites in rats and humans by ultra high performance liquid chromatography combined with quadrupole time‐of‐flight tandem mass spectrometry

An in vivo study of efavirenz metabolites in rats and human patients with ultra high performance liquid chromatography coupled with quadrupole time‐of‐flight tandem mass spectrometry combined with MetabolitePilot^MT software is reported for the first time. Considering the polarity differences between the metabolites, solid‐phase extraction and protein precipitation were both applied as a part of the sample preparation method. The structures of the metabolites and their fragment ions were identified or tentatively characterized based on the accurate mass and MS² data. As a result, a total of 15 metabolites, including 11 from rat samples and 13 from human samples, were identified or tentatively characterized. Two metabolites and several new metabolism pathways are reported for the first time. This study provides a practical approach for identifying complicated metabolites through the rapid and reliable ultra high performance liquid chromatography coupled with quadrupole time‐of‐flight tandem mass spectrometry technique, which could be widely used for the investigation of drug metabolites.     

Detection of catecholamine metabolites in urine based on ultra-high-performance liquid chromatography–tandem mass spectrometry

The excretion of neurotransmitter metabolites in normal individuals is of great significance for health monitoring. A rapid quantitative method was developed with ultra-performance liquid chromatography–tandem mass spectrometry. The method was further applied to determine catecholamine metabolites vanilymandelic acid (VMA), methoxy hydroxyphenyl glycol (MHPG), dihydroxy-phenyl acetic acid (DOPAC), and homovanillic acid (HVA) in the urine. The urine was collected from six healthy volunteers (20–22 years old) for 10 consecutive days. It was precolumn derivatized with dansyl chloride. Subsequently, the sample was analyzed using triple quadrupole mass spectrometry with an electrospray ion in positive and multireaction monitoring modes. The method was sensitive and repeatable with the recoveries 92.7–104.30%, limits of detection (LODs) 0.01–0.05 μg/mL, and coefficients no less than 0.9938. The excretion content of four target compounds in random urine samples was 0.20 ± 0.086 μg/mL (MHPG), 1.27 ± 1.24 μg/mL (VMA), 3.29 ± 1.36 μg/mL (HVA), and 1.13 ± 1.07 μg/mL (DOPAC). In the urine, the content of VMA, the metabolite of norepinephrine and adrenaline, was more than MHPG, and the content of HVA, the metabolite of dopamine, was more than DOPAC. This paper detected the levels of catecholamine metabolites and summarized the characteristics of excretion using random urine samples, which could provide valuable information for clinical practice.     

快速蒸发电离质谱技术及其应用研究进展

近年来,原位电离质谱技术成为质谱分析领域的研究前沿和热点。快速蒸发电离质谱技术源于外科手术中的手术烟雾现象,自2009年报道以来,作为一种新型原位电离质谱技术已被广泛应用于医学、微生物鉴定、食品真伪鉴别、代谢物研究、药用植物成分鉴定等领域。该技术通过电离切割组织或其他生物样品产生的含丰富特定区域生物特征的气溶胶,对其进行原位、在线、实时、快速质谱分析。该文阐述了快速蒸发电离质谱技术的发展历程、电离机制及工作原理,并对其在不同领域的应用研究进展进行了综述,可为相关领域研究人员提供科研思路和技术参考。     

基于肝脏代谢组分析研究低聚硒化氨基多糖对黑鲷的免疫调节作用

采用基于液相色谱-飞行时间质谱联用（LC-TOF-MS）技术的代谢组学方法，分析黑鲷肝脏内源性代谢物的变化，研究硒化氨基多糖增强黑鲷的免疫调节机制。采用XCMS^plus软件非靶向分析质谱采集数据，筛选潜在生物标志物，并通过MetaboAnalyst3.0网站分析相关代谢通路。结果表明，饲喂硒化氨基多糖组中的代谢物明显区分于空白组，发现并鉴定了32个有差异的生物标志物。代谢通路分析结果表明，硒化氨基多糖可通过氨基酰基-转运脱氧核糖核苷酸（tRNA）生物合成、氨基酸代谢、核苷酸代谢、氮代谢等代谢通路增强黑鲷自身的免疫机能。该研究为阐明硒化氨基多糖的免疫增强机制提供了科学依据。