精确质量代谢组学谱库及其在 靶向和非靶向数据分析工作流程中的 评估

摘要在代谢组学研究中，可靠的代谢物注释和标识对于提供生物学背景至关重要。也有助于了解哪些生物化学通路受到疾病状态和候选药物的影响，从而推进基础生物学的研究。全面的谱库有助于解决参与生物通路的代谢物鉴定的关键挑战，从而助力生物学解析。本应用简报介绍了全新的 Agilent Fiehn 精确质量代谢组学个人化合物数据库与谱库 (PCDL) 及其在使用血浆样品进行的靶向和非靶向筛查工作流程中的表征和评估。为代谢组学应用提供精确质量 GC/MS 谱库使研究人员能够扩大复杂生物基质中代谢物鉴定的范围、灵敏度和可靠性。

前言长期以来，GC/MS气质联用仪 一直被视为重要的靶向和非靶向代谢物分析工具。它凭借稳定的性能、尖锐的峰形和可重现的电子电离(EI) 源谱图在代谢物的鉴定中得到广泛使用。最近，随着高分辨率精确质量飞行时间 (TOF) 仪器的问世，研究人员拥有了更强大的资源，能够更可靠地鉴定更多的生物相关分子。事实证明，GC/MS 质谱库是轻松实现快速化合物鉴定的重要工具[1–4]。保留时间/指数和精确质量信息为确认或否决化合物鉴定结果提供了更多的证据，同时可有效降低假阳性率[5,6]。精确质量 GC/MS 谱库特别适用于涉及复杂基质或目标化合物分子式较为复杂的应用，代谢组学应用就是其中之一。为了帮助提高代谢组学应用的可靠性和通量，创建了生物基质中常见化合物的精确质量保留时间锁定 (RTL) EI 谱库。该谱库包含 900多个条目，涵盖了广泛的化合物类别。使用血浆样品通过靶向和非靶向筛查工作流程对精确质量代谢组学 PCDL 库进行了测试。此外，研究表明，精确质量代谢组学 PCDL 库可用于鉴定各种组织样品中的代谢物和共流出代谢物。

实验部分样品前处理对代谢物进行衍生化是提高极性代谢物的挥发性，使其更适用于 GC/MS 分析的常用方法。根据其他研究所述，本研究将代谢物标样、血浆和组织提取物进行甲氧基化衍生，然后采用 MSTFA + 1% TMCS 进行硅烷化[7]。在进行衍生化前，向每个样品中加入 D27 肉豆蔻酸作为内标。使用乙腈:异丙醇:水(3:3:2) 从血浆和组织中提取代谢物。干燥物的提取和衍生化过程如前所述，然后用其来评估精确质量谱库的筛查工作流程。

数据采集和数据处理使用精确质量高分辨质谱仪 Agilent 7250 GC/Q-TOF 系统采集已知色谱分离良好的单标或代谢物混合物的 EI 谱图。包括标准品和提取物在内的所有数据均在 70 eV 的 EI 模式下获得。数据采集参数见表 1。精确质量代谢物 PCDL 中各化合物的保留指数 (RIs) 都是基于脂肪酸甲酯和正构烷烃计算得到的。使用 Agilent MassHunter 10 版定性分析软件将精确质量 EI 碎片转换为理论 m/z 值。然后，使用 Agilent PCDL Manager 8.0 版软件将谱图导入精确质量代谢组学 PCDL。使用全新的谱库管理软件 Agilent ChemVista 1.0 对 PCDL 进行了进一步的修改，增加了关联数据和化学结构信息。使用 Agilent MassHunter定量分析软件（10.2 版和 11.1 版）（包括未知物分析软件工具）对数据进行了处理。

结果与讨论构建精确质量代谢组学 PCDL精确质量代谢物 PCDL 当中的化合物都是经过挑选的，确保包含大多数参与主要代谢通路并适合进行 GC/MS 分析的代谢物。此外，为了扩大谱库的适用范围和效用性，还添加了250 多种生物基质中常见的次级代谢物和外源性物质。为了将所采集谱图中的每个碎片离子 m/z 数值转换为理论值，MassHunter 定性软件会自动给谱图中的碎片离子标注其对应的化学式。在将谱图导出到 PCDL 之前，如有必要，可以对自动标注的化学式手动进行审查和更改（图 1）。在 ChemVista谱库管理软件中添加化学结构、结构标识符（InChI String、InChIKey、SMILES）和各种数据库标识符（CAS、PubChemID 等）等关联数据。GC/Q-TOF 的精确质量代谢组学 PCDL 库包含保留指数（基于正构烷烃和脂肪酸甲酯）。当前版本的谱库包含 900 多张精确质量 EI 谱图，对应 670 多种化合物。