专利“组合拳”重磅出击——岛津独家4in1系统助力代谢组学创新研究

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导读

中国药科大学多靶标天然药物全国重点实验室以我国丰富的天然药物资源为研究对象，在活性物质发现、生物功能与成药性等研究方向有着丰硕的研究成果。为了深化多领域的探索并提升研究效率，实验室近期引入岛津独家研发的全谱二维+Q-TOF液质联用系统（即4in1分析系统），该系统拥有多项授权专利技术，能够同时对多极性目标物进行高效分离，在中药复杂组分分析、天然产物定性定量以及代谢组学领域有着广阔的应用前景。去年11月底，此液质联用设备安装完毕，中国药科大学多靶标天然药物全国重点实验室-岛津合作项目正式启动，开启天然产物与代谢组学合作研究新篇章。

基于合作项目的最新成果发布

全谱二维液相和高分辨Q-TOF质谱仪LCMS-9050到货安装后，岛津分析中心工程师与客户一直保持密切合作，近日相关合作成果发表于分析化学综合性期刊《Talanta》（中科院一区Top期刊，IF=5.6）上。该研究中，李萍教授和杨华教授团队使用岛津全谱二维液相和高分辨质谱LCMS-9050联用作为4in1分析系统，用于动脉粥样硬化小鼠多种生物样本的代谢组学和脂质组学研究。该系统通过特色二维液相宽极性分离+LCMS-9050的正负离子切换模式，展示了在各种生物基质中进行非靶代谢组学和脂质组学研究的强大能力，为血管疾病的进一步探索提供了有力的技术支撑。

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4In1分析系统介绍说明

研究成果鉴赏

4in1分析系统的构建与评估

对于传统LCMS，为了覆盖目标物广泛的极性，需要分别通过HILIC和RPLC分离代谢物。此外，还需要进样2次才能在正和负模式下获得更全面的MS信息。岛津独家4in1分析系统通过全谱二维宽极性分离 + LCMS-9050正负离子切换模式，一针进样可得到常规液质分析方法进样4针的数据信息，减少了75%的样品量和质谱分析时间，显著提高了分析通量和效率。该流路通过2D平行设计实现充分平衡和清洗，减少了交叉污染和记忆效应，提高了系统稳定性和重现性。

岛津全谱二维液相+LCMS-9050（4In1分析系统）技术特点

在本研究中，中国药科大学李萍教授和杨华教授团队的丁梦博士分别从目标物极性覆盖率、质量精度和方法重现性这三个方面对4in1分析系统进行了全方位的评估测试：

1极性覆盖率

全谱二维LC将亲水性代谢物在HILIC柱上保留并分离，而疏水性代谢物则通过阀切换到RP柱上进一步分离。作者比较了使用1D和全谱2D-LC方法检测到的离子峰数量，发现单独使用HILIC和RPLC方法在死时间会出现严重共洗脱现象，导致分析物分离不足。全谱2D相比1D-LC方法提高了代谢组和脂质组的极性覆盖率（图1A），有效缓解了1D-LC死时间中出现的严重共洗脱问题。

2质量精度

使用NaI溶液作为外标校正质量，24小时内6次进样检测，计算[Na-(NaI)n]+（m/z 172.8835，472.6719，922.3547）和[I-(NaI)n]-（m/z 276.7993，576.5877，1026.2705）质量偏差以评估4in1分析系统的质量精度。结果显示：NaI外标m/z质量偏差均＜3 ppm（图1B），表明该系统具有优异的质量精度。

3方法重现性

在整个分析批表中，作者每隔5个样本分析1次QC样本以评估全谱二维液质联用方法重现性。24h连续分析下，正和负模式6次QC样本TIC色谱图几乎重叠（图1C），且具有良好的峰形和分离度。PCA多元统计结果显示：QC平行样本聚集度高（图2A），表明仪器状态稳定，测定过程中未出现明显偏差。

图1. 4in1分析系统的方法评价测试

基于4in1分析系统的动脉粥样硬化小鼠非靶代谢组学和脂质组学分析

丁梦博士利用4in1分析系统对模型组与对照组小鼠血浆和主动脉组织样本，进行非靶代谢组学和脂质组学分析。PCA结果显示：模型组与对照组在血浆和主动脉组织样本中均能完全分开，表明动脉粥样硬化小鼠与对照组小鼠在血浆和主动脉组织中均发生了显著的代谢变化。从对OPLS-DA模型有较大贡献的特征峰（VIP>1）中筛选潜在差异物，结合倍数变化（FC>2）及T检验（P<0.05）生成火山图 (图2C)。以血浆样本为例，检测到230个差异代谢物及脂质，包括113个甘油磷脂、62个鞘脂、19个脂肪酰基、11个甘油酯、5个甾醇及其衍生物、3个前醇脂质、3个羧酸及其衍生物、3个嘧啶核苷、3个有机氧化合物、2个羟酸及其衍生物等（图2D）。

丁梦博士使用全谱二维液质联用仪分析现场

图2. 动脉粥样硬化小鼠的非靶代谢组与脂质组分析（血浆）

非靶代谢组结果显示了动脉粥样硬化小鼠中脂肪酸（包括肉豆蔻酸、二十二碳三烯酸等）、嘧啶核苷（如脱氧尿苷、尿苷等）和多种亚油酸（如亚麻酸、亚油酸等）的显著变化（图3）。显示动脉粥样硬化可能伴随着脂肪酸生物合成、嘧啶代谢和亚油酸代谢异常等代谢通路的变化（图4）。

脂质组结果显示，在不同的生物样本（小鼠血浆及主动脉组织）中发现了大量不同且互补的脂质特征，它们与动脉粥样硬化疾病相关，包括甘油磷脂类（GP）、鞘脂类（SP）、甘油酯类（GL）、固醇类（ST）等，对不同脂质亚类在动脉粥样硬化小鼠中的变化做了进一步分析，发现磷脂酰胆碱（PC）成为数量最多的差异脂质（图3）。KEGG代谢通路分析表明动脉粥样硬化小鼠中发生了显著的脂质代谢紊乱，包括甘油磷脂代谢，鞘脂代谢，胆碱代谢，胆固醇代谢等（图4）。

图3. 动脉粥样硬化小鼠的主要代谢变化

(AC) 血浆样本；(BD) 主动脉组织样本

图4. 动脉粥样硬化小鼠的代谢通路富集分析

(A) 血浆样本；(B) 主动脉组织样本

结语

全谱二维液质系统是岛津独家产品，极性分流（发明专利号ZL202010477040.0）、在线稀释（发明专利号ZL201410187543.9），双重梯度（发明专利号ZL202110407632.X），适合于极性相差较大的多类物质的同时分析，特别是代谢组学的全组分分析。借助全谱二维的4in1分析系统，中国药科大学李萍教授和杨华教授团队在动脉粥样硬化小鼠血浆和主动脉组织中分别发现了230和170种代谢物变化，揭示了涉及不饱和脂肪酸生物合成、鞘脂代谢、胆固醇代谢、甘油磷脂代谢和胆碱代谢等动脉粥样硬化相关代谢途径。这些结果表明，4in1分析系统是复杂生物基质中非靶代谢组学和脂质组学研究的强大工具。最后也期待岛津全谱二维液质系统能够赋能科研者们，帮助他们实现更多的成果产出！

撰稿人：陈梦宣

参考文献

Meng Ding, Luwei Zheng, Xiaolin Hua, Mengxuan Chen, Qisheng Zhong, Taohong Huang, Ping Li, Hua Yang. Simultaneous metabolomics and lipidomics analysis based on 4in1 online analysis system reveal metabolic signatures in atherosclerotic mice. Talanta, Volume 283, 2025, 127109.