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。     

解吸电喷雾电离飞行时间质谱成像分析大鼠脑组织中小分子神经化学物质的分布

采用解吸电喷雾电离飞行时间质谱成像(DESI-TOF-MSI)技术分析了大鼠脑组织中小分子神经化学物质及其代谢产物的分布。制备大鼠全脑水平切面冷冻切片,采用DESI-TOF-MSI质谱扫描成像,考察喷雾溶剂组成及比例对神经化学物质分别在正离子和负离子模式下的检测信号强度的影响。对比正、负离子模式下的高分辨质谱信息及HMDB数据库检索分析,在大鼠脑组织中共检测到25种神经化学物质及其代谢产物,并且在0.1%甲酸-甲醇喷雾溶剂条件下检测到神经化学物质分子离子峰信号强度提升最大。应用HDImaging v1.5软件对数据进行精细成像分析,结果表明,喷雾溶剂中添加0.1%甲酸对成像效果的提升程度与质谱信号强度提升趋势相似,并且本方法具有较高的重复性。其中,γ-氨基丁酸和天冬氨酸主要分布在大脑皮层中,丝氨酸在全脑分布,谷氨酰胺分布于海马区周围,神经化学物质与其前体和主要代谢产物在脑中的空间分布区域相同。本研究结果表明,DESI-TOF-MSI技术可用于大鼠脑组织中小分子神经化学物质分布的分析,为小分子神经化学物质在脑中的空间分布和空间代谢研究提供了快速、有效的可视化分析方法。     

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。     

生物组织质谱成像方法的建立及其在微波辐射后大鼠海马组织的蛋白组分析中的应用

通过探讨影响质谱成像实验的主要因素,建立了优化的基于基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱的生物组织质谱成像方法。优化的实验条件为:基质为SA;V(乙腈)∶V(水)=1∶1为溶剂,基质浓度20g/L。质谱分析条件:线性正离子模式,激光能量范围为30%~50%,照射200次,采样点间距200μm。将本方法用于高功率微波辐射后大鼠海马的蛋白组分析,获得了正常和微波辐射后大鼠海马组织质谱图像。对照组每张切片获得5902张质谱图,320张组分质谱图像;模型组每张切片获得5993张质谱图,346张质谱图像。自编了数据分析软件计算Hits值分布,Hits值的高低与组分的分布以及量有关系。统计分析表明,差异分子199个,其中上调194个,下调5个。这些差异分子的发现对于明确微波辐射致伤效应和致伤机理的研究具有重要意义。     

大鼠体内复方清开灵代谢物的分析

建立了复方中药清开灵代谢物的液相色谱-质谱/质谱分析方法。采用Phenomenex Luna C18色谱柱,以0.1%甲酸(A)及V(甲醇)∶和V(乙腈)=4∶1混合液(B)作流动相,采用梯度洗脱(0 min,B为0%;33min,B为60%;66 min,B为88%;75 min,B为100%),流速:0.5 mL/min,离子阱质谱负离子模式进行检测。通过差谱方法对可能的代谢物进行快速搜索。对发现的重要的代谢物根据分子量以及多级质谱的碎片离子数据,结合体内代谢反应规律,进行指认和结构鉴定。共鉴定了3个主要的代谢物,其中一个为黄芩苷的代谢物,另两个为绿原酸的代谢物,后两个代谢物未见文献报道。本实验为研究复方中药复杂体系体内的代谢产物提供了一个有效而且快捷的模式。     

基于MALDI质谱成像技术分析莲子中代谢物的组织分布

该文建立了一种可对莲子中多种代谢物进行高覆盖分析的基质辅助激光解吸附质谱成像(MALDI-MSI)方法,实现了莲子中生物碱类、黄酮类、氨基酸类、脂肪酸类、有机酸类、胆碱类、磷脂类等多种代谢物的组织原位可视化表征。结果表明,生物碱类代谢物主要分布在莲子胚芽中;黄酮类代谢物主要分布在莲子胚芽和种皮中;氨基酸类代谢物在莲子子叶中的含量显著高于莲子胚中;脂肪酸类代谢物在莲子不同组织中的分布差异很小;胆碱类代谢物在莲子胚芽和莲子子叶底部的含量更高,甘油磷酸胆碱在莲子子叶顶部的含量更高;有机酸类代谢物以及绝大多数磷脂类化合物在莲子子叶中的含量高于莲子胚。该研究为评价莲子药物质量、探究莲子中化合物的时-空代谢网络提供了新的技术支持。     

脂质组学血清样品处理方法及其快速高分辨液相色谱-质谱分析

通过系统考察血清样本前处理方法、优化液相色谱条件及质谱检测参数,建立了脂质组学血清样本前处理及其快速高分辨液相色谱-质谱(RRLC-MS)分析方法。血清样本中加入二氯甲烷-甲醇(CH2Cl2-CH3OH,2∶1,V/V)混合溶剂进行脂质提取,采用ACQUITY UPLC CSH C18色谱柱(100 mm×2.1mm,1.7μm),以10 mmol/L甲酸铵溶液(含0.1%甲酸)为流动相A,乙腈-异丙醇(1∶1,V/V)为流动相B,梯度洗脱,采用正负离子检测模式电喷雾电离(±)ESI、正离子检测模式大气压化学电离(+)APCI方式进行质谱检测。对血清中脂肪酸、甘油脂、鞘磷脂、甘油磷脂和胆固醇(酯)5类14种代表性脂质类成分进行了方法学考察。结果表明,方法灵敏度高、精密度及稳定性良好。对穿插在检测序列中的质控样本检测结果进行主成分分析(PCA),证明了本方法获得数据的可靠性良好,适用于脂质组学研究。     

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。     

复方丹参滴丸抗急性心肌梗死代谢组学研究

采用左冠状动脉前降支结扎的方法,建立SD大鼠急性心肌梗死(Acute myocardial infarction, AMI)模型,使用超高效液相色谱-串联四极杆/飞行时间质谱(UPLC-QTOF/MS)代谢组学研究平台对大鼠血浆样本进行代谢轮廓分析,研究复方丹参滴丸对AMI大鼠心肌保护作用机制.经主成分分析和偏最小二乘法分析,筛选并鉴定出22种与AMI相关的差异代谢物,其中的8种能够被复方丹参滴丸显著调节,分别是硫酸对甲苯、马尿酸、雌马酚葡萄糖苷酸、溶血磷脂胆碱(16∶0)、胆酸、油酸酰胺、棕榈酰胺和鞘脂(d18∶1/16∶0).研究结果表明, 复方丹参滴丸可能是通过调节苯丙氨酸代谢、甘油磷脂代谢、脂肪酸代谢、胆汁酸代谢及鞘脂代谢通路,发挥抗AMI大鼠心肌损伤的作用.     

基于代谢组学研究橙黄决明素对高脂血症大鼠的调脂作用

本文运用代谢组学的研究方法,考察橙黄决明素对高脂血症大鼠血液内源性代谢物的影响,并寻找相关生物标志物。采用高脂饲料喂养的方法建立高脂血症大鼠模型,给予橙黄决明素灌胃治疗。利用气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术分析高脂血症大鼠血浆中的代谢物,并使用主成分分析、偏最小二乘-判别分析和随机森林算法,研究大鼠样本在造模前后及橙黄决明素治疗后血浆内源性代谢物的变化情况,结果得到丙氨酸、甘氨酸、L-缬氨酸、异亮氨酸、富马酸、丝氨酸、1,5-脱水山梨醇、亚油酸、硬脂酸和胆固醇10种潜在的生物标志物。研究表明橙黄决明素主要通过影响机体氨基酸及脂肪酸的代谢,从而产生较理想的调脂作用。     

基于脾脏代谢组学方法研究低聚硒化氨基多糖对黑鲷的免疫调节作用

以冷冻甲醇提取,C_(18)色谱柱和HILIC色谱柱分别分离黑鲷脾脏中的内源性代谢物,采用基于超高效液相色谱-飞行时间质谱联用技术(UPLC-TOF-MS)的非靶向代谢组学研究方法,分析了黑鲷饲喂低聚硒化氨基多糖后脾脏中内源性代谢物的变化差异,揭示了低聚硒化氨基多糖调节黑鲷免疫功能的潜在机制。采用XCMS~(plus)软件结合高分辨二级质谱数据库处理质谱原始数据,筛选出潜在生物标志物,并通过Metabo Analyst 4.0网站分析相关代谢通路。结果表明,黑鲷饲喂低聚硒化氨基多糖后脾脏中的36个代谢物发生显著变化;低聚硒化氨基多糖可通过9条代谢通路增强黑鲷的免疫机能。该研究结果为阐明低聚硒化氨基多糖的免疫增强机制提供了科学依据。     

副溶血性弧菌细胞猝灭及代谢物组提取方法的优化

以气相色谱-质谱联用(GC-MS)为分析方法,比较了液氮和75%甲醇(-80℃)两种溶液对副溶血性弧菌细胞的猝灭效果,以及氯仿、75%冰甲醇、水、甲醇-氯仿-水(10∶3∶1,V/V)、甲醇-氯仿-水(3∶1∶1,V/V)、甲醇-氯仿(1∶1,V/V)6种提取剂对副溶血性弧菌代谢物组的提取效果。结果表明,用75%甲醇(-80℃)猝灭副溶血性弧菌时,出现了代谢物泄漏现象,而液氮猝灭则不存在这个现象;检索发现,采用75%冰甲醇提取获得了47种代谢物,峰面积标准偏差为8.02%,其它5种提取剂获得代谢物种类少于40种,且重现性差。比较色谱峰数量、面积和重现性后发现,液氮猝灭、75%冰甲醇提取适于副溶血性弧菌代谢物组提取。     

硝酸铈急性生物效应的肝肾组织魔角旋转NMR代谢组学研究

采用现代核磁共振技术中魔角旋转方法,通过分析腹腔注射给药2,10和50 mg.kg-1体重剂量硝酸铈48 h后大鼠肝和肾组织MAS1H NMR谱,由组织中内源性代谢物浓度的变化研究了硝酸铈在动物体内的急性毒性,并利用模式识别技术对硝酸铈急性生物效应的NMR marker进行了研究。较高剂量组肝组织中的甘油三酯、乳酸、肝糖原和肾组织中的甘油三酯、甘油磷酸胆碱、甜菜碱等重要内源性代谢物的核磁共振谱峰强度发生了明显的变化,意味着动物体内的代谢出现异常:高剂量硝酸铈的引入可使动物肾脏和肝脏均受到损害,且受损程度随稀土剂量的增高而渐趋严重。     

蓖麻内源防御肽的MALDI-MSI方法及溯源应用研究

国际范围内,蓖麻毒素、蓖麻籽粗提物以及蓖麻籽等均为蓖麻毒素信件的潜在来源,屡屡引发公共安全威胁。因此,蓖麻籽产地溯源至关重要。该研究选择高丰度、低毒性的蓖麻内源性防御肽(RCB),系统探讨优化了冷冻切片制备、基质喷雾等条件,首次建立了RCB的基质辅助激光解吸电离-质谱成像(MALDI-MSI)方法。选择四川、山西为中国南北代表性产地,阐述蓖麻籽组织切片中3种RCB(RCB 1、RCB 2、RCB 3)的丰度及空间分布特点。结果表明,3种RCB主要分布在成熟种子的胚乳和胚芽中,两产地来源的蓖麻籽中存在显著的丰度差异。且三维重构空间分布中,RCB在连续组织切片中的定位规律较一致。RCB在非靶向数据分析中均归类于贡献度最高的主成分。该MALDI-MSI方法为蓖麻籽溯源研究提供了安全、可靠的新技术途径。     

高效液相色谱-静电场轨道阱质谱鉴定大鼠血浆中蟾蜍二烯内酯及其代谢物

建立了高效液相色谱-质谱鉴定大鼠口服蟾酥总内酯提取物后血浆中蟾蜍二烯内酯类化合物及其主要代谢物的分析方法.大鼠单剂量灌胃(50 mg/kg)蟾酥总内酯提取物后收集血浆样品,乙腈沉淀蛋白,浓缩定容,采用HPLC-MS分析.利用色谱保留时间、高分辨质谱提供的精确分子量和碎片离子精确质量的信息,鉴定了24种蟾蜍二烯内酯类化合...     

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。     

液相色谱-串联质谱法分析樟柳碱大鼠肝匀浆代谢产物

运用液相色谱-电喷雾离子阱串联质谱(LC-MSn)联用技术研究了樟柳碱大鼠肝匀浆中的代谢物。采用离体实验的代谢研究方法,将樟柳碱与大鼠肝匀浆在富氧条件下温孵,代谢物以乙酸乙酯萃取,以ReliA-sil C18(5μm,2 mm×150 mm)为分离柱,甲醇/0.01%三乙胺溶液(用甲酸调节pH 3.5)(60∶40,V/V)为流动相,采用LC-MS及LC-MSn等方法进行分析。和原药相比较,根据温孵液中分析物分子量的变化(ΔM)及其多级质谱数据,在樟柳碱的大鼠肝匀浆培养液中鉴定出了2种代谢物,即脱水去甲基樟柳碱和N-氧化樟柳碱。实验结果表明,该液相色谱-串联质谱方法适合于药物代谢物的快速分析。     

导电聚合物喷雾电离质谱法对微量全血代谢轮廓即时监测

血液代谢物水平可用于术后生理代谢状况的个体化精准评估,这对体液整体代谢轮廓的即时检验提出了迫切的技术需求。该文介绍了导电聚合物喷雾电离质谱(CPSI-MS)在体液代谢物多重监测中的应用价值。该技术采用由碳纳米管(CNT)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)组成的导电聚合物作为血液加载与原位电离喷头。当对该聚合物施加4.5 kV的直流电压后,喷头尖端的萃取溶剂液滴(甲醇-水,体积比1∶1,5μL)在高压驱动下形成带电荷喷雾,将从1μL稀释干血点中萃取解吸的内源性成分进行直接质谱检测。该方法覆盖了600多种内源性代谢物和脂质,涉及20多条代谢通路,包括能量代谢、氨基酸代谢、核苷酸代谢和脂质代谢等。该研究还将经肝大部切除手术的代谢C57BL/6小鼠选为模型对象,采集术后不同时间点的微量血液样本加载于导电聚合物喷头形成干血点样本,监测了数百种代谢物变化来精确表征个体的生理恢复差异。最终发现了分布于三羧酸循环、精氨酸代谢、甘油脂代谢、甘油磷酸胆碱代谢的一组代谢标志物群,从而为肝切除术后生理代谢功能恢复的分子评价提供了依据。     

基于非负分解方法的质谱成像数据特征提取

质谱成像技术能够在同一个实验里无需标记手段而获得样品表面的分子信息及其分布信息,是当前质谱分析的热点.其分析所得数据量大且复杂,使其特征难以提取.多元统计分析方法,特别是主成分分析法已应用于质谱成像数据的压缩和特征提取.然而由于主成分分析常产生负的数据结果,其意义难以解释且不易分解为单一的特征.本研究开发出一种基于非负分解的质谱成像数据提取方法,能够提取单一的分子特征及其在样品上的分布特征,并将多个单一的特征分布通过红、绿、蓝三色叠加显示,获得轮廓直观的综合特征分布.应用本方法对小鼠脑组织切片质谱成像数据进行分析,可直观分解出灰质区域、白质区域和背景区域,相对主成分分析方法更直观且易于解释.应用本方法对在同一个样品靶上的人膀胱癌变组织和其相邻非癌变组织切片质谱成像数据进行分析,癌变与非癌变组织间差异清晰直观.本研究设计的质谱成像软件可由http://www.msimaging.net获取.     

基于超高效液相色谱-静电场轨道阱高分辨质谱的深静脉血栓模型大鼠血浆代谢组学分析

深静脉血栓(DVT)是一种血栓栓塞性疾病,具有高发病率、高死亡率和高后遗症3大特点。采用左股静脉不完全结扎加高渗盐水刺激建立DVT大鼠模型,使用超高效液相色谱-静电场轨道阱高分辨质谱(UHPLC-Orbitrap HRMS)检测假手术组与DVT模型组的血浆代谢谱,用主成分分析(PCA)及正交偏最小二乘-判别分析(OPLS-DA)对代谢组数据进行多元统计分析,观察两组间的代谢表型差异,将多变量模型分析中的变量重要性值(VIP>1)以及代谢物在模型组中的变化倍数(FC≤0.5或FC≥2,且P<0.05)作为差异代谢物筛选条件。最终在DVT模型组与假手术组间筛选得到27种差异代谢物,这些代谢物反映了DVT大鼠的代谢紊乱情况。具体表现为与假手术组相比,DVT模型组中三甲基胺氮氧化物(TMAO)、维生素K、鹅去氧胆酸、牛磺酸、1-甲基烟酰胺、7-酮胆固醇、反式十六烷基-2-烯醇肉碱、乙烯基乙酰甘氨酸、丙酰脯氨酸、咪唑乙酸、咪唑乙酸核糖苷、1,3,7-三甲基尿酸、1-丁胺、2-羟基异丙酸、吡哆醛、5α-四氢皮质酮、苯乳酸的水平显著升高;而3-脱氢肉碱、磷脂酰胆碱22∶6/20∶2(PC...