生物硫醇因其独特的氧化还原特性和亲核性在多种生理过程中发挥重要作用。内源性硫醇如半胱氨酸（Cys）、同型半胱氨酸（hCys）和谷胱甘肽（GSH）在氧化还原稳态和代谢通路中相互关联，其异常水平与多种疾病密切相关。另一方面，外源性硫醇如乙酰半胱氨酸（NCys）因其还原特性被广泛应用于抗氧化治疗，但过量摄入可能引发严重的毒性反应。因此，同时定量内源性与外源性硫醇，并监测氧化还原稳态对临床诊断和疾病研究具有重要意义。传统方法如荧光、HPLC-MS的分析方法可实现硫醇的高灵敏度检测，但通常需要对样品进行预分离，导致分析耗时、难以满足即时诊断需求并且不适用于复杂生物样本中多种硫醇的同时定量。基于此，美国普渡大学R. Graham Cooks课题组在Anal. Chem.发表题为“Simultaneous Quantitation of Multiple Biological Thiols Using Reactive Ionization and Derivatization with Charged Mass Tags”的文章，该工作利用马来酰亚胺与硫醇的快速特异反应，通过反应性离子化显著提高离子化效率，并结合单次质谱扫描实现Cys、hCys、GSH和NCys四种低分子量硫醇的同时定量。
作者设计了一种新的衍生化试剂（图1b所示），该试剂通过马来酰亚胺基团与巯基的快速反应实现分析物的特异性标记。同时，由于衍生化试剂吡啶基团本身带电，因此极大提高了分析物的电离效率。作者以Cys、hCys、NCys和GSH四种低分子量生物硫醇测试了该方法对于混合体系分析物同时定量的能力，结果显示该方法可以在1分钟的检测时间内，以＜6%的RSD，高准确度地实现1μM-10 mM浓度范围内混合样本中不同小分子硫醇的定量检测。
为了探索这种方法在复杂生物样本中的适用性，作者利用了人血清和小鼠血浆样品进行MS分析，并与HPLC-MS方法进行比较（图2c）。结果显示，作者所开发新方法的测试结果与传统方法十分相近（误差范围小于9%），同时该方法从样品制备到质谱分析的耗时小于5分钟，验证了方法的高精度及临床快速分析的潜在能力。进一步的，作者将该方法应用于多种小鼠组织样本（脑、肾和肺）的分析中。组织匀浆与衍生化试剂反应后，将反应混合物与10 μM内标等体积混合，直接进行MS分析（图2b）。在同时分析组织样本中的Cys和GSH时，结果与传统HPLC-MS方法非常一致（图2d）。这表明该方法适用于复杂组织分析，为研究涉及游离硫醇的细胞机制提供了可能性。
编辑：黄志辉
审核：苗腾元
作者信息
R. Graham Cooks
Professor of Chemistry, Purdue University
A central current interest is in ambient ionization and its application in imaging tumor margins, monitoring therapeutic drugs in biofluids, following embryological development, and identifying microorganisms. Each of these experiments involves minimal sample workup. Another strong interest is in preparative mass spectrometry, both by soft landing ions onto surfaces in vacuum to generate new materials and also by collecting the products of solution-phase reactions occurring in electrospray droplets. In situ analysis using miniature mass spectrometers coupled to ambient ion sources for environmental, public safety and other applications is of interest. So, too, is on-line reaction monitoring. Ion chemistry is astonishingly rich as exemplified by nitrogen atom insertion into n-alkanes, chirally selective amino acid clustering and C-C bond formation, all being studied at atmospheric pressure.
