【专刊论文推荐】新加坡南洋理工大学王玉兰教授：色谱质谱技术在亲水性代谢物检测中的挑战

　　仪器信息网讯 本期推荐的是发表在《Journal of Analysis and Testing》2020年第3期的新加坡南洋理工大学王玉兰教授和复旦大学人类表型组研究院唐惠儒教授团队综述论文“色谱质谱技术在亲水性代谢物检测中的挑战”。

　　色谱质谱技术在亲水性代谢物检测中的挑战

　　亲水性代谢物是代谢组学研究中一类重要代谢物，通常包括胆碱(Choline)、短链脂肪酸(Short-chain fatty acids),多元羧酸(Polyarboxylic acids)，糖(Sugars)及磷酸糖(Sugar Phosphates)，核苷酸(Nucleotides)等。覆盖包括氨基酸代谢，核苷酸代谢，中心碳代谢，水溶性维生素与叶酸代谢，辅酶与辅因子代谢等，具有重要的生物学意义。

　　然而，此类代谢物由于较强的亲水性，在反相色谱保留能力较差;而阴离子代谢物的质谱检测灵敏度较低，传统的反相色谱-质谱联用技术往往无法获得良好的定量能力。同时，部分亲水性代谢物例如ATP，酮酸稳定性较差，生理浓度低，造成色谱质谱分析的巨大挑战。

　　本综述介绍了亲水性代谢物的结构分类和生理功能，探讨了其结构和分布因素造成的检测困难的原因。详细分析了包括亲水相互作用色谱-质谱(HILIC-MS)、毛细管电泳-质谱(CE-MS)、离子对反相色谱-质谱(IPRPLC-MS)和离子色谱-质谱(IC-MS)等新型色谱分离技术在解决亲水性代谢物保留问题的进展和缺陷;同时，基于化学衍生化技术实现亲水性代谢物色谱保留和质谱响应性质改造的策略也成为本综述的一项重要议题。最后，通过对多种色谱分离技术和化学衍生化策略的对比，本文对亲水性代谢物的质谱检测提出了新的思考和展望。

　　Figure 1. Concentration range of partial hydrophilicmetabolites in human serum and urine, Data source is from HMDB.

　　Figure 2. The stationary and the mechanism of HILIC. a.thepacking materials of stationary phase commonly used for HILIC analysis; b.theschematic diagram of retention mechanism.

　　Figure 3. The parallel column regeneration method for analysisof metabolites and lipids consecutively. The blue line and red line representthe two independent flow-paths. Among them, the blue line with 11 min is HILICelution of hydrophilic metabolites to MS, followed by RP elution of lipids inthe red line. During running of each column, the other column undergoesre-equilibration to a waste bottle. Reprinted with permission from[123].Published by The Royal Society of Chemistry(RSC).

　　Figure 4. Electric double layer model and Zeta potential, whichwas drawn by Microsoft PowerPoint.

　　Figure 5. The IC-MS for analysis of hydrophilic metabolites. a.ThermoCapIC-Orbitrap Q/Extractive MS structure. Reprinted with permission from[157]. b. CapIC/HILIC/RPLC-MS extracted ion map ofhexose phosphate in UM1 oral cancer cells. The explanation of figure number inoriginal figure is: (A) Cap IC, (B) UHPLC, (C) Cap-LC, (D) ZICpHILIC, and (E)Cap-HILIC. Reprinted with permission from[157]. Copyright 2014 American Chemical Society(ACS).

　　Figure 6. Ion pairing chromatography mechanism. a.The dynamic ion exchange process is the green arrows part; the ion pairingmechanism is the pink arrows part. b. the thermodynamic processes ofthese two mechanisms.

　　Figure 7. Structuraldesign of an amino acid derivatization reagent . (ref.[194]).

　　(感谢论文第一作者胡庆宇博士提供翻译)

全文：Hu, Q., Tang, H. & Wang, Y. Challenges in Analysis of Hydrophilic Metabolites Using Chromatography Coupled with Mass Spectrometry. J. Anal. Test. (2020). https://doi.org/10.1007/s41664-020-00126-z

10.1007@s41664-020-00126-z.pdf

　　唐惠儒教授简介

　　唐惠儒教授是复旦大学特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、重点研发计划首席、新世纪百千万人才工程国家级人选、英国皇家化学会会士;曾在英国帝国理工学院、中科院、复旦大学等科研院所从事代谢研究30年、代谢组学研究21年;在Nature、PNAS等上发表SCI论文180余篇，被引用8千余次，部分工作被Science、Nature及系列期刊专文评述。

　　唐惠儒教授现任ENC执委会执委、中国生物物理学会代谢组学分会会长，Nutri Metabol、J Integrated Omics 副主编，Metabolomics、CurrMetabolomics、ArchPharm Res等学术期刊编委;曾任J Proteome Res 编委、973项目及蛋白质科学/纳米科学重大研究计划项目函评/会评专家。

　　复旦大学人类表型组研究院唐惠儒教授课题组主页：

　　http://hupi.fudan.edu.cn/people/tanghuiru

　　王玉兰教授简介

　　王玉兰教授是新加坡南洋理工大学李光前医学院教授，新加坡表型中心主任，帝国理工大学名誉教授。1993年获莱斯特大学的硕士学位，1997年获University of East Anglia大学的博士学位。2008年入选中国科学院“项目百人计划”，任中国科学院武汉物理与数学研究所研究员、博士生导师和代谢学学科带头人，先后主持“973”课题、基金委面上项目和中科院重要方向性项目等。

　　王玉兰教授长期从事生物代谢组分析方法的发展和应用研究。发展了体液和组织代谢组分析及代谢组与转录组数据整合分析等系列研究方法;建立了肠炎和克朗氏病及可传染性脑病的代谢组学诊断方法;揭示了肠道菌群和寄生虫及与细菌共感染的的规律及与菌群的相关性;研究了衰老、应激、营养干预以及药物对动物代谢组的影响;研究了乙肝感染导致糖代谢、脂代谢和谷氨酸代谢重组的新规律，为认识复杂生物系统的代谢基础、相关疾病的机制及早期诊断提供了信息和新思路。

　　王玉兰教授共发表PNAS，Molecular Systems Biology andAna Chem等SCI论文百余篇，获国际专利3项。曾担任核磁共振历史最悠久的“实验核磁共振大会”执委(2012-2017)。目前担任metalbolomics, scientific reportand current metabolomics 等杂志的编委。