同位素标记探针突破基质干扰，提升亚代谢组分析的准确性|基础医学研究所李智立团队新成果

2024年9月13号，中国医学科学院基础医学研究所李智立团队在Small Methods期刊发表了题为“Isotope-Labeled Chemoselective Probes for Labeling, Separation, and Comprehensive Quantitative Analysis of Sub-Metabolome”（同位素标记的化学选择性探针用于亚代谢组的标记、分离和全面定量分析）的论文。本研究设计合成了针对多亚代谢组（羧基、磷酸、羟基、氨基、硫醇和羰基）的化学选择性探针。该类探针整合了磁性固相材料、正交切割位点、14N/15N同位素标签和选择性偶联位点的优点，最大限度地减少基质干扰，结合HRIAIQuant软件进行了同位素标记代谢物提取和定量，提高了代谢组的定量准确性(图1)。

图1.(A)化学选择性探针的设计及制备；(B)亚代谢组标记、分离、检测及数据处理。

目前，代谢组研究策略主要涉及非靶向代谢组差异分析、定性分析及靶向的定量分析。前者在LC-MS/MS分析中由于缺少内标物、以及复杂成分和基质的干扰导致定性准确性、定量准确性、灵敏度、检出代谢物数量等极大降低，且不利于多批次生物样本间的代谢组比较分析研究；后者的靶向分析过程中在没有明确生物学意义时需要购置多种标准品才能开展定量分析，造成在开展大样本的代谢组研究过程中成本极高，且数据重现性也不能满足临床大样本验证的需求。本策略通过制备高特异性分子探针，实现对特异代谢物官能团的选择性偶联；采用磁性固相材料实现对含有特异性官能团代谢物的分离；采用分子探针的正交切割位点纯化了含有特异性官能团代谢物；在分子探针中采用14N/15N同位素标签结合高分辨质谱技术实现了对来自生物样本中的代谢物与背景代谢物的区分及定量定性(图2)。该技术方法在血清中共筛选出33,874个候选代谢物(14N/15N离子对)，其中在HMDB中检索到701个，1062个可以准确匹配分子式，提高了对未知代谢物的鉴定能力(图3)，并用于阿尔兹海默病（AD）小鼠模型的脑区间差异代谢物研究。

图2. (A)血清中氨基代谢物在采用技术前后质谱信号差异比较(上：处理前；下：处理后)；(B)代表性代谢物的定性和定量。

图3. 血清亚代谢组检测结果。

本工作得到医科院创新工程（2022-I2M-1-012, 2023-I2M-QJ-014）项目的资助。基础医学研究所田洪涛博士研究生为论文的第一作者，基础所李智立教授、杨啸林副教授和北京大学分析测试中心周江教授为论文共同通讯作者。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.202400529