ASMS2022总结篇(二):适者生存

图1：人类进化简图。

改编自 Jeremy DeSilva 的幻灯片。

　　来自达特茅斯学院（Dartmouth College）的Jeremy DeSilva博士在 ASMS 2022 的闭幕全体会议上展示了人类的进化路程。就像人类进化一样，质谱领域随着时间的推移和应用场景的挑战而发展、调整、进步，展示了适者生存的惊人能力。从单四极杆质谱仪，到二维串联质谱仪；从单个小分子的鉴定，到在单个组合中检测数百种代谢物；从可以放入软盘的数据到需要专用服务器托管的千兆字节数据。我们无需等待 600 万年来观察质谱的变化，在短短一百多年的时间里，我们已经经历了质谱领域的许多飞跃从而达到了今天的水平。小编总结了这次大会中一些展示质谱进化能力的报告。这些报告相关的发表文献也一并列出，供大家进一步阅读。

　　Vol.1"接受应用挑战的非常规质谱方法"

　　6 月 9 日星期四下午，普渡大学的 R. Graham Cooks 博士及其他专家介绍了多样化的非常规质谱技术，这些技术为复杂多变的科学和临床应用挑战提供了独特且优雅的解决方案。

图2：二维串联质谱仪示例。

改编自 Graham Cooks 的幻灯片

　　质谱方法#解吸电喷雾电离质谱(DESI-MS)#

　　虽然 DESI 不是“新技术”, 但它的“新应用”源自它能够快速识别酶突变状态、帮助诊断胶质瘤和估计肿瘤细胞浸润，因此可适用于术中脑癌诊断。同时,电喷雾中的水性微滴也有了新的应用:质谱电喷雾过程中会产生的水性微滴,这些微滴中可以发生加速和区域选择性的化学反应,而这些反应通常不会在本体溶液中发生。这些化学反应提供了新的化学合成小分子甚至肽的新方法。

　　质谱方法#二维串联质谱(2D MS/MS)#

　　这种技术能让我们获得 三个维度的数据（质荷比的2维加离子丰度的1维）对比其他质谱方式 的两个维度或一维数据，2D MS/MS可以在不到 1 秒的时间内检测、鉴定和定量样本中的化合物，目前的应用除了监测细菌生长外，还可应用于肽和小分子的模式识别。

　　Vol.2"适应样本多重性的质谱技术组合"

　图3：衍生化的类固醇和官能团目标。

　　改编自 Diana Velosa的幻灯片

　　来自佛罗里达理工学院 Chouinard 研究小组的 Diana Velosa 介绍了使用离子淌度质谱法将衍生化反应重新用作于异构体分离的靶向分子技术。虽然甾体化合物的衍生化是一种常见技术，但由于异构体的质荷比 (m/z) 通常保持不变，因此它在区分异构体方面的用途之前并未确立。该小组利用离子迁移率来测量离子的碰撞截面 (CCS)。离子的 CCS 与其化学结构和 3D 构象直接相关。各种试剂如臭氧和针对烯烃双键的帕特诺-布奇反应（Paterno-Buchi reaction）、针对羟基的 N,N'-羰基二咪唑 (CDI) 和针对羰基的 Girard 试剂 P (GP) 均用于其衍生反应。虽然这些分子中的大多数在正常的 MS/MS 条件下仍然无法区分，但这些官能团的添加会导致异构体的漂移时间发生足够的变化，以至于它们在离子淌度质谱法可以相互区分。比如睾酮和表睾酮，由于 CCS 的差异，它们现在很容易分开。在某些情况下，由于它们的官能团，多种衍生剂（CDI 和 GP）被用于同一类固醇以区分异构体（drostanolone、mestanolone）。这种对“旧”技术的重新利用代表了质谱技术在发展过程中带来的无限可能性。随着灵敏度的提高和更好的质谱技术的发展，其他“旧”策略也可能被重新审视产生新的实用型的组合。

　　Vol.3"顺应AI建模时代的质谱数据分析"

　　来自田纳西大学的 Md Inzamam Ul Haque 介绍了如何使用质谱成像模型从病理切片中识别前列腺癌区域。目前这个领域的常规方法是HE染色人工识别，或者使用大量HE染色切片进行AI建模后自动识别。而质谱成像（MSI）出现以来，也一直存在一个怎么应用这个技术的问题。该小组通过利用HE染色数据训练质谱成像模型，用于识别无HE 染色的病理切片上的癌症区域。该小组的数据提示，由于癌症和正常细胞之间的内在化学性质差异，质谱成像模型能够更准确地判断病理切片上的癌症区域。通过AI深度学习质谱获得的化学信息与表型之间的关系，并将揭示更多此类相关性。人工智能和机器学习正在为质谱技术的持续发展铺平道路，以充分利用质谱数据的丰富性。

　　图 4：利用质谱成像预测癌症标签的工作流程。

　　改编自 Md Inzamam Ul Haque的幻灯片

　　Vol.4"支持新药开发的质谱检测"

　　来自强生制药研发部门的 Hirsh Nanda 介绍了COVID疫苗开发中质谱技术的贡献。尽管目标蛋白（COVID病毒 刺突蛋白）的氨基酸序列非常明确，但由于其 3D 构象受各种翻译后修饰，疫苗生产仍然会出现可预期却不希望出现的副产物。该小组利用QTOF质谱表征了 COVID病毒 刺突蛋白上产生的聚糖的能力，识别并筛选产生更均匀糖基化模式的克隆，确保生产出稳定和有效的产品。随着生物制剂类药物开发越来越多，而为了应对大流行开发周期越来越短，质谱检测将帮助制药界更快更好地开发产品和控制产品质量。

　　图5：COVID 刺突蛋白的 N-聚糖蛋白表征工作流程。

　　改编自 Hirsh Nanda 的幻灯片

　　References

　　1. Intraoperative Mass Spectrometry Platform for IDH Mutation Status Prediction, Glioma Diagnosis, and Estimation of Tumor Cell Infiltration, DOI:10.1093/jalm/jfaa233

　　2. Spontaneous Water Radical Cation Oxidation at Double Bonds in Microdroplets, DOI: 10.3389/fchem.2022.903774

　　3. Spontaneous Oxidation of Aromatic Sulfones to Sulfonic Acids in Microdroplets, DOI: 10.1021/jasms.2c00029

　　4. Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry Assay for Label-Free Characterization of SULT2B1b Enzyme Kinetics, DOI: 10.1002/cmdc.202200043

　　5. 2D MS/MS Spectra Recorded in the Time Domain using Repetitive Frequency Sweeps in Linear Quadrupole Ion Traps, DOI: 10.1021/acs.analchem.0c01719

　　6. Bacterial growth monitored by two-dimensional tandem mass spectrometry, DOI: 10.1039/D1AN01901E

　　7. Ozone-Induced Cleavage of Endocyclic C═C Double Bonds within Steroid Epimers Produces Unique Gas-Phase Conformations, DOI: 10.1021/jasms.9b00058

　　8. Improved Identification of Isomeric Steroids Using the Paternò-Büchi Reaction with Ion Mobility-Mass Spectrometry, DOI: 10.1021/jasms.0c00215

来源： 颐坤生物