PB反应结缘小型质谱，脂质组学研究再添利器
近日，Nature Methods杂志（IF25.06）报道了清华大学欧阳证教授和瑕瑜教授在质谱小型化及脂质同分异构体研究领域取得的研究进展。
图片来源于Nature Methods
PB反应解锁脂类C=C双键位置
哺乳动物细胞脂质组中含有较多的同分异构体，这对于脂质的定量和分析是一个挑战。近日，清华大学（原普渡大学）瑕瑜教授开发了一种方法，能够量化健康组织和癌变组织中脂肪酸和磷脂异构体组成上的差异。
清华大学教授 瑕瑜
脂质异构体具有相同的质量，但却承担着不同的功能，瑕瑜教授开发的追踪和计算不饱和脂质异构体的方法能够揭示细胞脂质组的功能。瑕瑜教授解释说，脂类物质同分异构体C=C双键的位置不同，采用串联质谱（MS/MS）方法，特别是低能碰撞诱导解离（CID）方法难以产生碎片离子，因为C=C位置具有较高的键解离能。有一些方法可以解决这个问题，但是需要大量的样品量或专门的仪器。
瑕瑜教授开发了一种不同的方法，通过将光化学反应——Paternò-Büchi（PB）反应耦合到质谱来定位C=C键。这种方法能够识别脂肪酸C18:1和其他含18:1脂肪酰基的复合脂质。他们对啮齿动物组织的分析显示，肿瘤组织中某些同分异构体水平升高，意味着这项技术有可能应用于生物医学领域。
多年以来，瑕瑜教授一直在探索用以区分生物分子同分异构体的质谱方法。PB反应是特异性修饰脂质中C = C键的环加成反应。她说：“当PB反应的产物离子化时，它们容易在C = C位置裂解。使用PB-MS / MS，实验室可以使用低能量的CID质谱仪来分析脂质并找到异构体。使用这种方法并不困难：实验室只需要一盏紫外灯，一个用作电喷雾电离（ESI）管路的熔融石英毛细管和用作ESI共溶剂的丙酮。”
瑕瑜教授很高兴看到其他人采用她的方法，因为随着越来越多的研究组发现C=C双键，用于比较结果的数据也会越来越多。她还认为需要数据分析软件来简化早期采用者实验室和在更大的脂质组学研究团体分享结果的方式。
瑕瑜与澳大利亚布里斯班昆士兰科技大学(Queensland University of Technology)的Blanksby实验室合作，着手比较用PB反应和Blanksby实验室研发的另一种离子解离方法——臭氧诱导解离(OzID)技术所获得的数据。
小型质谱系统助力脂类分析
瑕瑜教授还与清华大学另一位研究人员欧阳证教授合作，在其研发的小型化质谱仪（Mini β 小型质谱分析系统）上完成PB和OzID过程。瑕瑜教授表示，这一合作有可能将质谱引入临床诊断和疾病监测领域。她和欧阳证教授正在研发用于脂质分析的微量样品（1μL血浆或1μg组织）处理方法。
清华大学教授 欧阳证
欧阳证教授说，就像大型仪器一样，小型质谱仪也能测量质荷比，并具有类似的质量范围。小型质谱的目标是免去样品前处理或色谱纯化。相反，人们将使用一次性试剂盒套件对血液或组织进行直接脂质分析，它适用于没有接受过质谱培训的普通用户。
Mini β 小型质谱分析系统采用原位电离，样品能够在未经处理的状态下进行离子化，欧阳证教授说。脂质离子被转移到真空条件下的离子阱质量分析仪中进行质量分析。最有挑战性的是如何找到从样品中萃取脂质最有效的方法。他重新设计了小型化质谱仪，摒弃了传统的复杂泵送系统，且确保了真空系统中足够的离子丰度，使仪器达到了较高的灵敏度。他开发并测试了多种基于试剂盒的原位电离方法。
由于生物组织中的脂质含量相对较高，脂质分析对于小型质谱来说是一个有吸引力的应用领域。Mini β 小型质谱分析系统有助于发现和测量脂质异构体。异构体比例可以用作生物标记物并且无需精确的内标物。欧阳证教授及其团队已经将PB反应应用到了小型质谱仪的分析中，并且用糖尿病患者的组织进行了测试。
分析工具产业化，脂质组学研究再添利器
早在十年前，欧阳证教授就开始了小型质谱项目的研发工作。他在普度大学的研究生导师，分析化学家和质谱学家Graham Cooks教授，启发了他的灵感。欧阳证教授说，这一过程需要克服技术和思维障碍。对许多人来说，尝试将大型仪器所完成的传统质谱分析用鞋盒大小的小型质谱来完成，听起来多少有些“疯狂”。这套小型质谱系统已完成了原型设计，产业化为“Mini β 小型质谱分析系统”，于2017年10月正式发布。同时发布的，还有利用PB反应定位脂类C=C双键的研究工具——Ω Reactor。欧阳证教授创立的创业公司清谱科技将与普渡大学和清华大学合作，继续进行仪器研发。
Mini β 小型质谱分析系统
脂质组学C=C双键定位研究工具——Ω Reactor
欧阳证教授表示，生物学家找他寻求建议，这种互动增强了他的动力。在他看来，质谱仪器没有走出分析实验室的原因在于它们的价格和体积，以及它们需要经过良好培训的实验员来操作。小型质谱仪不会取代在脂类研究原始发现中起关键作用的常规质谱，但它能够应用于快速筛选，通过直接采样离子化方法利用原始组织进行质谱分析。
文章链接：https://www.nature.com/articles/nmeth.4550
更多报道请点击附件查看：nmeth.4550_lipids_feature_Jan 2018.pdf
