基于脂质谱的肝癌组织切缘可视化
研究背景

尿液是疾病标志物的理想来源,但尿液的高盐特性使其干燥后易形成不均分布的结晶,影响质谱出峰质量。目前的尿液脱盐方法步骤繁琐且耗时长,难以满足高通量快速检测的需要。

研究方法   
1. 样本来源:正常人群(n=38)和膀胱癌患者(n=49)的尿液样本;                       
2. 质谱分析:MALDI-TOF/TOF MS/MS(Bruker Daltonics Co.);                        
3. 数据分析:t检验,PCA分析,聚类分析,OPLS-DA分析,代谢通路分析。
研究结果
1.顶端接触萃取(TCE)法提取尿液中的代谢物

TCE法通过FEP修饰的垂直硅纳米线阵列芯片(FEP@VSiNWs)实现。如图1A所示,将芯片倒扣在尿液液滴表面孵育20 min后,代谢分子可吸附在芯片表面,而盐分则被排阻在外。此时用N2将芯片吹干进行质谱检测,可观察到的代谢谱图如图1B所示,而传统的滴加-干燥法观察到的代谢谱图如图1C所示。

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图1 TCE法示意图及其对尿液样本出峰质量的优化

     

2.TCE法的稳定性评估

向尿液中添加不同浓度的尿素(分别为0、0.05、0.1、0.5、1 M),使用传统滴加-干燥法与TCE法的质谱峰强度比率稳定性分别如图2A, B所示。将尿液稀释至不同倍数(从左至右分别稀释至1、0.5、0.25、0.125、0.0625倍),使用传统滴加-干燥法与TCE法的质谱峰强度比率稳定性分别如图2C, D所示。

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图2 尿液样本在不同浓度尿素干扰下(A, B)或不同稀释倍数下(C, D)的质谱峰强度比率分布

                         

3.TCE法的代谢物定量准确性评估

制备了天冬氨酸、胱氨酸、胡椒酸、谷氨酰胺、牛磺酸和脯氨酸的不同浓度标准品,分别溶解在纯水及尿液样本中,终浓度分别为0、0.01、0.1、0.2、0.35、0.5、1 mM。如图3A, B所示,所有标准品均获得了良好的线性定量曲线。而标准品在纯水和尿液中的回收率分别为95.8%-105%(图3C)和92.6%-105.7%(图3D)。结果证实了基于TCE法进行代谢分子质谱分析的可靠性。

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图3 基于TCE法的代谢物定量分析(A, C为纯水溶液,B, D为尿液

                                       

4.基于TCE法的膀胱癌尿液代谢组学分析

采用TCE法对尿液中的代谢分子进行提取与质谱检测,从膀胱癌患者的尿液中筛选出13个差异代谢分子,包括氨基酸及其代谢产物、盐酸、肌酐、牛磺酸、柠檬酸、月桂酸等。图4A-E分别为基于13个差异代谢分子对膀胱癌患者(BC)及健康人群(HC)的PCA分析(图4A, B)、OPLS-DA分析(图4C, D)和聚类分析(图4E),区分效果良好。图4F显示了13个差异代谢分子相关的代谢通路,包括牛磺酸和亚牛磺酸代谢、氨酰tRNA生物合成、氨基酸代谢、泛酸和辅酶A生物合成等。

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膀胱癌尿液样本的代谢组学分析(A, C为训练集,B, D为验证集)

                   

参考文献:

Jiang XR, Gao FB, Chen XM, Yu YL, Ding GQ, Wu JM. Ultrasensitive and High Reproducible Detection of Urinary Metabolites Using the Tip-Contact Extraction Method Coupled with Negative LDI-MS. J. Proteome. Res. 2021, 20, 4022-4030.



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