发布时间:2018-03-13 16:05 原文链接: 一种新的具有高检测覆盖面的靶向代谢组学方法

  文章题目为SWATHtoMRM: Development of High-Coverage Targeted Metabolomics Method Using SWATH Technology for Biomarker Discovery,是由中科院生物与化学交叉研究中心的朱正江研究员课题组在2018年发表于Analytical Chemistry上的一篇文章。

  代谢组学是一门全面研究生物体内代谢物的种类和浓度变化的一门学科。内源性代谢产物往往具有复杂的物理化学性质,以及较宽的浓度范围(据文献报道大约有可以跨越9个数量级)。这就使得代谢组学的研究需要依赖于强大的分析手段,使得整个研究可以覆盖更多的代谢物,具有较高的灵敏度和选择性以及较宽的动态范围。目前液相色谱-质谱联用技术是使用较为广泛的一种分析技术

  非靶向代谢组学使用高分辨质谱,可以尽可能多的检测到生物样本中的代谢物,但是其缺点在于该方法的定量准确性较差。靶向代谢组学使用三重四极杆质谱,在多反应离子检测模式(MRM)下进行操作,定量的准确性和动态线性范围大大提高,但是有限的离子通道和有限的代谢物标准品又使得该方法在检测的覆盖面上远不如非靶向代谢组学。因此作者在此就想建立一种方法,用靶向代谢组学的方法同时对已知样本和未知样本同时进行定量分析

  作者使用SWATH-MS方法(数据非依赖型扫描,DIA的一种)对样本进行数据采集,得到的原始数据经过软件的处理建立MRM的离子通道。

  其实类似的方法近期已有报道,而本文的创新在于MRM离子通道的选择,传统的方法中多数是使用数据依赖型扫描(DDA)的方式来获取 母离子→子离子 通道,原因可能是该方法可以告诉我们某一碎片来自具体的某一个母离子。

  而DIA的方法会对同一时间流出色谱柱的离子同时加能量进行碎裂,所得到的碎片离子其实是几个甚至几十个母离子的碎片的混合图谱,如不借助专业软件,将增加研究者筛选的难度。

  而本文使用SWATH-MS方法,将质量窗口缩小值25Da,通过降低共流出离子的数量提高质谱峰的洁净程度(当然还是会有共流出的产生),作者也设计了一个程序帮助研究者从相对较少的共流出离子的混合碎片中提取 母离子→子离 子离子对。另外,相比于DDA分析,DIA分析可以得到更多母离子的子离子。(关于扫描模式的内容,可以参看公众号之前推送)

  那接下来就看一下文章的核心部分:

  1. SWATH-MS数据采集及数据分析

  作者将所建立的方法称之为SWATHtoMRM,通俗来讲就是SWATH(获取原始数据,提取整合原始数据,获得 母离子→子离子 列表)to MRM(离子通道进行定量分析)。

  SWATHtoMRM的具体流程,主要包括两个部分,非靶向的SWATH-MS分析和生成MRM离子通道即 母离子→子离子 列表。

  SWATH-MS原始数据的分析主要包括:1.对母离子色谱峰进行提取和排列;2. 提取子离子信息; 3. 将母离子和子离子信息进行匹配; 4. 生成共有子离子谱图(来自同一母离子的碎片中,在超过50%以上的样本中出现的子离子)。每一步作者都是用了不同的软件,有网络开放获取的软件,也有作者研究团队自己开发的程序。

  2. 生成MRM离子通道(母离子→子离子 列表)

  在对SWATH-MS数据进行分析之后,会得到目标离子对应的子离子,但是在进行MRM分析时需要对其中的某一个或者某几个子离子进行监测,所以这个时候就需要选择合适的子离子碎片,来生成 母离子→子离子 列表。

  为了选择合理的离子通道,作者制订了以下三个筛选的条件:1. 子离子质荷比<母离子质荷比-14.0126,也就是说筛选的子离子至少从母离子上丢失一个“CH2”基团;2. 去除由于中性丢失产生的碎片,如丢失H2O,NH3或者CO2,用户还可以设置更多的中性丢失;3. 在剩下的碎片离子中,选择强度最高的碎片离子作为检测对象。最后,作者为每一个母离子选择了一个子离子,之后生成.csv文件用于MRM分析。

  作者将此方法与传统的DDA进行对比,结果显示新建立的方法具有更高的检测覆盖面

  此外,作者还对其定量的能力做了考察,相比于SWATH-MS1和SWATH-MS2,新建立的方法具有较高的检测灵敏度,较宽的动态范围以及较好的定量重现性。

  最后,作者将此方法应用于结直肠癌诊断的生物标记物的发现,以证明方法的适用性。

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