● 背景介绍 ●
Fig. 1. Strategy for the simultaneous analysis the C = C bond location and sn -position isomers of unsaturated lipids with the aziridination derivatization.
首先，作者合成了[(N-对甲苯磺酰亚胺)碘]苯（PhI=NTs）作为衍生试剂，以PC 16:0/18:1（9Z）作为代表性的不饱和脂质，以筛选不同光催化剂下的反应体系。在评估了不同反应体系的效率后，由于光催化剂Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbbpy)PF6的效率最高，因此被选择用于后续实验。
为了研究氮丙啶化反应鉴定C=C键位置的能力，以不同种类的脂质标准品为例。Fig. 2显示了油酸（FA 18:1（9Z））、亚油酸（FA 18:2（9Z））、DG 16:0/18:1（9Z）和PC 16:0/18:1（9Z）形成的氮丙啶化产物的MS/MS谱图。在MS/MS谱图中，对于每个C=C键，应观察到C=C键C－C和N－C键裂解产生的一对诊断碎片离子，表示为
FM和FC。例如，在油酸的分析中，在正离子模式下，在产物的MS/MS图谱中均观察到含有甲基末端（FM，m/z 296.1684）和羧酸末端（FC，m/z 326.1426）的片段，清楚地表明了C=C键在Δ9位置的位置。而对于PC 16:0/18:1（9Z）的分析，CID后只能观察到m/z 803.2641处的FC离子，而由于低质量碎片的离子阱限制，未检测到理论m/z为296.1679的另一个FM离子。值得一提的是，还观察到从其中一个完整的脂肪酰基链的丢失中衍生出的碎片离子。例如，m/z 691.3751 表示失去16:0脂肪酰基链的碎片离子，而m/z 496.3399 表示失去含有N-Ts氮丙啶结构的脂肪酰基链的碎片。这些信息有助于确定脂肪酰基链的长度及其在磷脂中的不饱和度。
Fig. 2. MS/MS spectra of the derivatized products of PhI=NTs with different lipids.
为了进一步研究这种氮丙啶化反应的通用性并证明其在C=C键位置定位的能力，作者又研究了17种不饱和脂质。结果表明，这些不饱和脂质中C=C键的所有位置均能被准确识别，表明所提方法具有广泛的适用性。
接下来，作者研究了氮丙啶化衍生化是否有利于sn-位置异构体的分析。以常见的一对sn位异构体PC 18:1（9Z）/16:0和PC 16:0/18:1（9Z）为例。尽管碎片信息可用于区分PC的sn位异构体，但两种异构体在色谱分析过程中显示出几乎相同的保留时间。因此，很难直接定量分析异构体混合物。然而，如果异构体与PhI=NTs反应，则所得氮丙啶化产物可以通过LC很好地分离（Fig. 3a）。可能的原因是N-Ts基团的引入大大增强了其中一条脂肪酰基链的极性，从而增加了脂肪链sn位置差异带来的对色谱固定相的亲和力差异。两种产物的MS/MS谱图也遵循脂肪酸损失比乙烯酮损失更丰富的规则（Fig. 3b）。更重要的是，可以同时识别脂肪酰基链中C=C键的位置。在CID之后可以观察到m/z 803.4641处的FC离子，这表明C=C键在Δ9处的位置。上述结果表明，该氮丙啶衍生化与LC-MS/MS的结合可以为不饱和PC的双键位置鉴定和sn位异构体的分析提供综合解决方案。
Fig. 3. Separation and analysis of PC sn -position isomers after derivatization by LC-MS/MS.
为了进一步验证该方法的定量能力，定量研究了一系列PC 18:1（9Z）/16:0和PC 16:0/18:1（9Z）比例的混合物。发现异构体的色谱峰面积比与其摩尔比成正比，具有良好的线性（R2=0.9964）。值得注意的是，曲线的斜率（0.94）接近1，这意味着两种异构体的摩尔比可以直接从它们的峰面积比中获得。该结果证明了所提方法对sn位置异构体的相对定量能力。
在验证了不饱和脂质异构体的定性和定量分析方法之后，作者接下来将该方法应用于生物样品中PC的sn位置异构体的分析。鉴定了小鼠脑组织中PC的成对sn位置异构体。然后，分析了这些异构体在不同再灌注期后大脑正常侧和缺血侧的比例变化。如Fig. 4所示，在脑组织中鉴定出PC的两对sn位异构体PC 18:1（Δ9）/16:0和PC 16:0/18:1（Δ9），PC 18:1（Δ11）/16:0和PC 16:0/18:1（Δ11），衍生产物可分离并通过LC-MS检测（Fig. 4a）。结果表明，缺血性脑组织再灌注1天和3天后，结果表明，缺血脑组织PC 16:0/18:1（Δ9）与PC 18:1（Δ9）/16:0的比值在再灌注1天和3天后均显著高于正常脑组织(P<0.05)。而PC 16:0/18:1（Δ11）与PC 18:1（Δ11）/16:0的比值在缺血部位与正常部位之间无明显变化。这些结果表明，脑缺血伴随着PC中sn位异构体比例的变化，并且这种变化表明了对C=C键位置异构体的偏好。这些变化可归因于脑缺血过程中PC的sn位异构体的生物合成或代谢失调。这些发现进一步验证了所提方法对更深入地了解脂质结构特异性与生物学功能之间关系的适用性。
Fig. 4. Analysis of the sn -position isomer of PC by the PhI=NTs derivatization and LC-MS/MS.
● 总结 ●
在这项工作中，作者开发了一种可见光活化的光催化氮丙啶化反应体系，用于不饱和脂质的衍生化。基于该反应体系和LC-MS/MS，建立了一种同时鉴定不饱和脂质异构体中C=C键位置和sn-位置的方法。对小鼠脑组织中PC不饱和sn位异构体的精细结构和相对比值进行了鉴定和定量，首次揭示了脑缺血中sn位异构体比值的显著变化。本研究为深入的结构脂质组学提供了一种有前途的方法。
编辑：王杰
责任编辑：魏芳
文章引用：https://doi.org/10.1016/j.cclet.2023.108775
文章信息：Qiongqiong Wan, Yanan Xiao, Guifang Feng, Xin Dong, Wenjing Nie, Ming Gao, Qingtao Meng, Suming Chen (2024). Visible-light-activated aziridination reaction enables simultaneous resolving of C=C bond location and the sn-position isomers in lipids, Chinese Chemical Letters, 35, 108775.
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