疾病生物标志物（Biomarkers）是指可以客观测量并评估病理过程或对治疗干预的药理学反应的指标，包括代谢、蛋白、基因等的可量化的指标分子。生物标志物在疾病的诊断、预后评估、疾病进展监测以及药物疗效的评价，都具有重要的作用。全新生物标志物需要经过大量生物样本的验证和确证工作，才能真正落地到临床的应用。大量生物样本中生物标志物的定量验证和确证工作，是目前生物标志物实现临床转化的限速步骤。
SCIEX的Echo MS系统，能够实现快至1样品/秒的超高样品分析通量，成为大量样本中生物标志物定量验证和确证工作的利器。比利时根特大学的Maarten Dhaenens教授课题组和洛杉矶雪松-西奈医学中心的Jennifer E.Van Eyk教授课题组近期在Nature Communications上发表文章，题目为“Acoustice jection mass spectrometry empowers ultra-fast protein biomarker quantification”。介绍了Echo MS系统上开发了超快速肽段定量方法，实现COVID-19病毒的蛋白标志物的高通量生物分析。
Echo MS介绍
SCIEX Echo™ MS即声波激发耦合质谱系统，是一个高通量、 基于电喷雾电离质谱的系统（图1B）。是由声波液滴喷射技术(Acoustic droplet ejection technology，ADE)，开放端口探针采样接口(Open-port probe sampling interface，OPI)以及强大定量能力的SCIEX Triple Quad™ 6500+ 系统三位一体耦合在一起的开创性新产品。该系统能够确保进样过程无残留的同时，可做到每秒分析1个样品中的多个离子对通道。在这篇文献中，研究人员借助贝克曼Biomek i7自动化工作站，使用稳定同位素标记和抗肽抗体捕获（Stable Isotope Standards and Capture by Anti-Peptide Antibodies, SISCAPA）技术进行样品前处理，展示了在Echo MS上对人血浆和鼻咽拭子样品中COVID-19相关蛋白进行超高通量的定量流程（图1A）。
点击查看大图
图1. 使用肽段免疫捕获技术在Echo MS上进行超高通量肽段定量流程
肽段定量重复性
如图2所示，研究人员首先评估了Echo MS进行肽段定量的重复性，样品为SARS-CoV-2 NCAP肽段AYNVTQAFGR，将其标准肽段（light）和同位素标记肽段（heavy）混合配成5 fmol/μL的混标，加入30块384孔样品板中，连续进样11390次，计算峰面积的重复性，标准肽段（light）和同位素标记肽段（heavy）的CV分别为4.6% 和 6.4%，峰面积比值（L/H）的CV在6.2–7.2%之间。1块样品板的采集时间需要10.5min，因此30块样品板的总采集时间需要5.25h，即每小时可以采集超过2000个样品，并保持高度的重复性。
点击查看大图
图2. Echo MS进行肽段定量的重复性
血浆样品中ARP蛋白定量
对267份人血浆样品中的10个急性期反应蛋白（acute phase response proteins，APR）定量，每个蛋白选取一条肽段进行检测，采用SISCAPA技术进行前处理，每个样品重复采集三针，同位素标记肽段峰面积的CV在4.2%到10.5%之间。选取5条肽段的峰面积比值（L/H），比较Echo MS和LC-MS的定量结果，可以看到两者有非常好的线性相关性，平均斜率为 1.022，平均 R2 值为 0.979（图3）。从时间上来看，Echo MS完成所有样品检测只需要4.8h，而LC-MS需要73.5 h，因此AEMS的检测速度比LC-MS提高了15倍。COVID-19患者与健康人相比较，ARP蛋白中的CRP、LBP 和SAA发生了显著上调，这与之前文献中的发现相一致。
点击查看大图
图3.血浆样品中ARP蛋白定量表现
鼻咽拭子中
SARS-CoV-2 NCAP肽段定量
在Echo MS上测试了三条SARS-CoV-2 NCAP肽段(AYNVTQAFGR, ADETQALPQR和KQQTVTLLPAADLDDFSK) 的灵敏度。
如图4A所示，肽段AYNVTQAFGR和ADETQALPQR的定量下限LLOQ是0.195 fmol/μL，肽段KQQTVTLLPAADLDDFSK的定量下限LLOQ是3.12 fmol/μL。对于肽段KQQTVTLLPAADLDDFSK，它在色谱柱上有比较严重的残留，而Echo MS上没有液相色谱，因此这条肽段在Echo MS检测中不存在残留的问题，Echo MS具有更好定量表现。用Echo MS检测了142个鼻咽拭子样品，如图4B所示，每个峰代表了一个样品，每个样品检测时间1.5s。另外，Echo MS与RT-qPCR进行比较，结果也有很好的一致性（图4C）。
点击查看大图
图4. SARS-CoV-2 NCAP肽段定量结果
总结
1. 本文展现了SCIEX Echo™ MS系统在蛋白定量分析上的超高通量，理论上如果选择一条肽段可以实现一天检测50000个鼻咽拭子样品，或者一天检测超过5000个血浆样品（或1700个样品三针重复）并且同时定量10个APR蛋白标志物。
2. 在贝克曼Biomek i7自动化工作站上使用SISCAPA技术进行样品前处理，结合Echo™ MS系统的超快速和超高通量检测，使得在大队列中进行超高通量、可重复性的蛋白生物标志物定量筛选成为可能。
3. SCIEX最新升级Echo MS+系统除了兼容QQQ 6500+定量质谱之外，还可以配置ZenoTOF 7600, 能够满足超高通量的定量和定性分析需求。
文章原文
Van Puyvelde, B., Hunter, C.L., Zhgamadze, M. et al. Acoustic ejection mass spectrometry empowers ultra-fast protein biomarker quantification. Nature Communications 15, 5114 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-48563-z
推荐阅读
重磅！Echo MS+超高通量筛选平台实现合成生物学硬核加速
声明：版权为 SCIEX 所有。欢迎个人转发分享。其他任何媒体、网站如需转载或引用本网版权所有内容须获得授权, 转载时须注明「来源：SCIEX」。申请授权转载请在该文章下“写留言”。
喜欢就点在看哟
