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Xia Lab-Radical Mass Spectrometry

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光催化Paternò-Büchi反应与离子淌度-质谱联用对皮脂进行鸟枪法分析

清华大学化学系瑕瑜教授课题组于近期在Analytical Chemistry杂志上发表了题为“Shotgun Lipidomic Profiling of Sebum Lipids via Photocatalyzed Paternò-Büchi Reaction and Ion Mobility-Mass Spectrometry” 的论文,第一作者是博士生施恒学。此研究中,该团队开发了一种基于离子淌度-质谱、Paternò-Büchi反应-MS/MS (PB-MS/MS)的鸟枪法分析流程,实现了对皮脂组超过900种脂质C=C异构体的快速及灵敏分析。

皮脂是皮脂腺的分泌物,构成皮肤的保护层和保湿层。皮脂的无创获取方法及其反映远端器官病理变化的潜力,使其成为理想的生物样本。皮脂由非极性脂质组成,主要包含蜡酯(WE)、脂肪酸(FA)、甘油三酯(TG)、甘油二酯(DG)、胆固醇酯(CE)及角鲨烯(SQ)。非极性脂质的电离效率低,且其同分异构体和同重素的多样性为皮脂组的分析带来了挑战。本研究旨在通过发展高效率电荷标签PB衍生反应,结合电喷雾电离-离子淌度-串联质谱实现对皮脂组在精细结构层级上的定性定量。

首先,研究者们使用电荷标签PB试剂ethyl 2-oxo-2-(pyridine-3-yl)acetate (EP)和光催化剂米氏酮对脂质C=C的PB反应进行评估(图1)。以单不饱和蜡酯WE 18:0/18:1(Δ9)(见图2)为例,其经电荷标签PB反应后,离子化效率可提升约1000倍。PB产物的MS2 CID产生了指向n-端C=C位置的诊断离子,进一步的pseudo-MS3 CID分析能够识别Δ-端位置,从而实现WE中FA链上C=C位置的特异性鉴定。研究者们还对WE 18:1(Δ9)/18:0进行了PB-MS/MS分析。无论C=C双键是位于FA链还是FOH链,PB-MS/MS均能实现链特异性的C=C位置鉴定。此外,研究者还对SQ的C=C进行了PB-MS1和PB-MS2 CID分析,成功鉴定了SQ中各个C=C双键的位置。

图1 皮脂的PB-MS/MS分析流程和碎裂模式

图2 蜡酯WE 18:0/18:1(Δ9)的PB-MS/MS分析

在鸟枪法分析皮脂时,研究者们采用高分辨率环形离子淌度谱(cyclic IMS)对来自含多一个不饱和度脂质的同位素峰( [M+2 Da])进行分离。研究表明,经过10圈cyclic IMS分离(分辨率约260),WE 36:2/WE 36:1 (5:1)的PB产物中,[M+2 Da]干扰由60 %显著降至4 %。此方法相较于反相色谱法(干扰6 %),干扰更少,分离速度也更快(< 250 ms vs. 30 min)。

基于以上,研究者开发了皮脂的分析工作流程(见图3)。首先,他们通过RPLC-APCI-MS定性定量蜡酯的总组成,随后采用结合离子淌度-质谱、PB-MS/MS的鸟枪法分析流程对皮脂进行C=C结构层次的分析。cyclic IMS实现了PB反应后的皮脂中不同脂质亚类、脂质链长不同和不饱和度差异以及同重素干扰的分离。此外,cyclic IMS还可以提升PB-MS/MS对脂质C=C异构体的鉴定能力。以皮脂中的WE 36:1为例,PB-MS/MS产生的C=C诊断离子经过一圈的cyclic IMS分离,其淌度到达时间与C=C位置(m/z)呈现线性关系。研究者们沿着该线性关系的趋势,可发现2个相对丰度低于0.3%的诊断离子。这一发现表明,在即便缺少脂质C=C位置异构体标准品的情况下,基于PB-MS/MS诊断离子的IMS到达时间的线性关系,可以提高对低丰度C=C位置异构体的鉴定能力。

图3 皮脂的分析工作流程

PB-MS/MS显著拓展了对皮脂样本中脂质的丰富性的认知。以WE 36:1为例,研究者们实现了对其含有的31种C=C异构体的定性和定量分析(图4a)。进而,针对WE总碳数为C28至C42,研究者们实现了链特异性C=C位置异构体的定量分析(图4b),共计600个的C=C异构体。

图4 皮脂中WE链特异性C=C异构体定性定量分析

综上,研究者们结合PB-MS/MS和离子淌度-质谱法,开发了对皮脂组WE、TG、DG和CE的C=C位置异构体的鸟枪法快速分析流程,实现了共计超过900个C=C异构体的定性定量分析。

 

本文编辑:施恒学 

本文审核:瑕瑜

原文链接:https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c00141

 

Created: Apr 03, 2024 | 22:11

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