脂質(zhì)碳-碳雙鍵(C=C)的位置等結(jié)構(gòu)特征，直接關(guān)聯(lián)細胞膜組裝、信號傳導(dǎo)等關(guān)鍵生化過程，其結(jié)構(gòu)異常更是與代謝相關(guān)脂肪肝(MAFLD)、糖尿病等疾病密切相關(guān)。然而，傳統(tǒng)脂質(zhì)組學(xué)分析難以精準捕捉脂質(zhì)結(jié)構(gòu)細節(jié)，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)解析技術(shù)又受限于復(fù)雜的儀器 setup 和不便捷的軟件工具，嚴重制約了相關(guān)領(lǐng)域的研究進展。近日，一項發(fā)表于《Analytical Chemistry》的研究，依托賽默飛Q Exactive系列高分辨質(zhì)譜儀，研發(fā)出電離耦合臭氧分解質(zhì)譜技術(shù)及配套軟件SILICO-MS，成功破解這一行業(yè)痛點，為脂質(zhì)結(jié)構(gòu)組學(xué)研究及疾病機制探索提供了全新解決方案。
Figure 1. 電離耦合臭氧分解質(zhì)譜儀裝置示意圖
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本研究由上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院的黃河團隊、中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心徐曉燕團隊和復(fù)旦大學(xué)等科研團隊聯(lián)合開展，核心技術(shù)落地全程依托賽默飛Q Exactive四極桿軌道阱質(zhì)譜儀及相關(guān)配套設(shè)備，構(gòu)建了一套高效、精準、易用的結(jié)構(gòu)脂質(zhì)組學(xué)分析體系。不同于傳統(tǒng)臭氧誘導(dǎo)解離(OzID)技術(shù)需將臭氧引入離子阱或離子遷移池、操作復(fù)雜且效率低下的弊端，研究團隊基于賽默飛質(zhì)譜儀的硬件優(yōu)勢，創(chuàng)新設(shè)計了電離耦合臭氧分解方案——將外部臭氧輸送系統(tǒng)整合至儀器電噴霧電離(ESI)源，讓脂質(zhì)離子在進入離子源前即與臭氧充分反應(yīng)，既提升了臭氧分解效率，又避免了儀器內(nèi)部腐蝕，大幅降低了技術(shù)應(yīng)用門檻。
Figure 2. SILICO-MS 脂質(zhì)結(jié)構(gòu)鑒定算法流程
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作為研究的核心硬件支撐，賽默飛Q Exactive系列質(zhì)譜儀憑借超高分辨率、穩(wěn)定的離子傳輸效率及靈活的儀器改裝兼容性，為實驗的順利開展提供了關(guān)鍵保障。研究中，該儀器與賽默飛Acclaim C30色譜柱、Dionex Ultimate 3000 RSLC超高效液相色譜系統(tǒng)聯(lián)用，實現(xiàn)了脂質(zhì)樣品的高效分離與精準檢測；其優(yōu)異的質(zhì)譜采集性能，可同步捕獲臭氧分解產(chǎn)生的醛片段離子和Criegee片段離子，為脂質(zhì)雙鍵位置的精準定位提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。依托賽默飛質(zhì)譜平臺搭建的分析體系，研究團隊構(gòu)建了包含222,460種含C=C雙鍵脂質(zhì)異構(gòu)體的臭氧分解脂質(zhì)組數(shù)據(jù)庫，覆蓋12余種脂質(zhì)類別，較現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫覆蓋范圍提升10倍 。此外，儀器可靈活切換臭氧模式與常規(guī)氮氣電離模式，配合SILICO-MS軟件的數(shù)據(jù)分析能力，進一步提升了脂質(zhì)結(jié)構(gòu)鑒定的準確性與可重復(fù)性。
Figure 3. SILICO-MS 性能基準測試
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實驗驗證顯示，基于賽默飛儀器的電離耦合臭氧分解技術(shù)，在HeLa細胞、小鼠肝臟組織、人血漿等多種生物樣品中，均可穩(wěn)定鑒定700余種以上脂質(zhì)結(jié)構(gòu)異構(gòu)體，且檢測變異系數(shù)低于10%，展現(xiàn)出優(yōu)異的準確性與穩(wěn)健性。
Figure 4. 高果糖攝入改變小鼠肝臟組織中的脂質(zhì)結(jié)構(gòu)
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通過電離耦合臭氧分解技術(shù)和SILICO-MS軟件，研究團隊發(fā)現(xiàn)硬脂酰輔酶A去飽和酶1(SCD1)催化產(chǎn)生的新型油酸異構(gòu)體C18:1(Δ-6)，打破了以往對SCD1酶促功能的認知；在高果糖飲食誘導(dǎo)的小鼠脂肪肝模型中，成功解析了脂質(zhì)結(jié)構(gòu)異構(gòu)體的異常變化與SCD1激活的關(guān)聯(lián)，為代謝相關(guān)脂肪肝的發(fā)病機制研究提供了全新視角。
這一技術(shù)的突破，不僅解決了長期困擾脂質(zhì)組學(xué)研究的結(jié)構(gòu)解析難題，更依托賽默飛儀器的產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢，為該技術(shù)的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)——無論是基礎(chǔ)科研領(lǐng)域的脂質(zhì)機制探索，還是臨床領(lǐng)域的疾病標志物篩選、藥物研發(fā)，都能借助這一體系實現(xiàn)效率與精度的雙重提升。
此次研究成果的發(fā)表，充分彰顯了賽默飛質(zhì)譜儀器在科研領(lǐng)域的核心賦能價值。作為全球科學(xué)服務(wù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，賽默飛始終以技術(shù)創(chuàng)新為核心，憑借Q Exactive系列等高性能質(zhì)譜設(shè)備，為生命科學(xué)、代謝組學(xué)、臨床檢測等領(lǐng)域提供多方位的解決方案，助力科研工作者突破技術(shù)瓶頸、探索未知科學(xué)前沿。未來，賽默飛將持續(xù)深化與科研團隊的合作，推動脂質(zhì)結(jié)構(gòu)組學(xué)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化落地，為代謝疾病研究、藥物研發(fā)等領(lǐng)域的發(fā)展注入新動能。
作者介紹
研究生許璟珅、侯曉涵、王子卿和徐曉燕研究員為本文共同第一作者，黃河研究員和徐曉燕研究員為本文共同通訊作者。
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