当质谱技术应用于医学检验（一）
质谱技术 (mass spectrometry) 是分离和检测带电粒子质荷比的分析技术。随着离子源及质量分析器技术的变革、质谱仪器设计的快速改进等，质谱技术已成为化学分析领域和生命科学领域非常有效的分析工具，尤其在医学检验中的应用越来越为广泛和深入。
由于质谱技术的高特异性、高灵敏度、单次分析的快速性与检测信息的丰富性，以及对复杂生物基质分析的高耐受性等特点，临床研究和诊断工作也逐渐倚重于此类重要的新型检测技术。如：质谱技术所能提供的丰富的检测信息，有助于临床更加完整地了解疾病和病理状态，从而为患者提供更为全面和准确的诊疗服务。
在美国等发达国家，质谱技术已广泛应用于医学检验，基于该技术开发出的临床检测项目已有数百项，但我国目前仍处于起步阶段，检测项目有70余项；应用覆盖面非常广泛，涵盖了罕见和高难度分析，包括微生物鉴定、生化检验（激素检测、药物浓度监测、遗传性疾病检测、营养素检测等) 和分子生物诊断 (蛋白组学、核苷酸多态性、代谢组学) [1-5]；应用范围也在逐步扩展，从生化检验、微生物鉴定，到代谢组学、脂质组学、蛋白组学，再到参考测量程序的建立和校准品赋值，乃至术中应用及床旁检测。
本文将全面阐述质谱技术在医学实验室中的发展历程，以及在医学检验领域的主要应用情况和特点，同时剖析了质谱技术目前在临床应用中主要痛点和未来可能的发展方向，希望能较为全面地综述质谱技术临床应用的现状与未来。
一、质谱技术在医学实验室中的发展
从质谱技术最初进入医学检验领域，至今发展至多领域、宽范围的应用，大约经历了四十年的时间，最早始于20世纪80年代。由于免疫法检测存在假阳性，质谱技术开始从研究性实验室走入临床实验室，如气相色谱质谱 (gas chromatography mass spectrometry, GC-MS) 技术起初应用于军事药物监测。推动这种转变出现的是发生在1981年的美国尼米兹号航空母舰事故。尼米兹号是美国海军中最大的一艘核动力航空母舰，1981年5月25日深夜，尼米兹号在准备回收模拟作战归来的机群时发生意外，引发大火，该事故最终造成多人死伤。随后采用免疫法检测飞行员尿液样本时发现，大部分尿检结果中大麻代谢物呈阳性，表明军队中可能存在药物滥用情况。
因免疫法检测结果本身存在较高的假阳性率，所以需要使用更为特异的GC-MS方法进行确认。而GC-MS在应用后的10年里使大麻检测阳性率从18%降低至8%，这也促使了质谱技术进入毒理实验室并应用于滥用药物检测和治疗药物监测，临床质谱检测开始萌芽。1988年，美国联邦药品检验局发布强制性指南，要求治疗药物监测必须使用质谱法进行确认，奠定了质谱技术在治疗药物监测中的重要地位[2]。
随着GC-MS在医学检验领域应用的逐步增多，免疫法用于类固醇激素检测的缺点也日益凸显，尤其是在测定妇女和儿童体内低浓度睾酮时。但因GC-MS主要适用于挥发性和热稳定性化合物，样品制备程序复杂，检测通量低，因此限制了其在临床中的应用。20世纪80年代，快原子轰击、电喷雾和辅助激光解析等“软电离”技术的发展，使蛋白质、酶、核酸等生物大分子的检测成为可能，大大拓展了质谱技术在医学检验领域的应用范围[1]。
20世纪90年代，串联质谱技术开始应用于新生儿筛查。而电喷雾电离接口技术 (electrospray ionization interface technology, ESI) 发展使得两种强有力的分析工具—液相系统和质谱系统的结合成为了可能，两者的结合也进一步促进了液相色谱-串联质谱 (liquid chromatography-tandem mass spectrometry, LC-MS/MS) 技术在医学检验、临床研究及疾病诊断的应用发展。液相色谱质谱技术的联用能够使非挥发性和热不稳定生物分子电离并在极低的浓度下得到检测，简化了样品制备流程，提高了检测通量，极大缩短了报告周期，因而在临床实验室的常规检测工作中得到了迅猛的发展。
21世纪初期，质谱技术开始尝试应用于感染性疾病的检测，如血源性感染疾病的分子诊断。基质辅助激光解吸电离技术 (matrix-assisted laser desorption/ionization, MALDI) 的发展则完美地实现了生物大分子的软离子化，通过引入基质分子，使待测分子不产生碎片，解决了非挥发性和热不稳定性生物大分子解吸离子化的问题，便捷地将生物样本引入质谱系统，并结合飞行时间质量分析器 (time-of-flight, TOF) 技术，实现了微生物的快速鉴定分析，鉴定时间可缩短1.45d。相对于传统的微生物检测方法，MALDI-TOF可节省人力和时间，该应用也促进了质谱技术在大分子检测领域的广泛使用，将质谱的应用推上了一个新的台阶。
2013年，美国食品药品监督管理局 (Food and Drug Administration, FDA) 首次认可使用MALDI-TOF对微生物进行鉴定。另外，近几年还出现了将质谱技术用于实时指导癌症外科手术的前沿应用[2,5]。
在我国，质谱技术在医学检验中的应用最早也始于治疗药物监测。随后，质谱技术在遗传代谢病检测、营养素检测和微生物鉴定工作中作出的突出贡献，引起行业内的广泛关注。同时其在蛋白组学等研究领域也具有良好的前景，有望成为医学检验领域继基因测序技术之后的下一个革命性技术。
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