Anal. Chem. | Paternò-Büchi反应结合ToF-SIMS实现单细胞水平脂质C=C位置异构体鉴定

学术   2024-10-09 15:18   北京  

大家好,今天分享一篇近期发表在Analytical Chemistry期刊的文章“Mass Spectrometry Imaging for the Characterization of C═C Localization in Unsaturated Lipid Isomers at the Single-Cell Level”,该文章通讯作者是来自中央民族大学的再帕尔·阿不力孜教授和王朝英博士。

不饱和脂质的碳碳双键(C=C)在生物的生理、病理过程中均发挥有重要的作用。现在的质谱成像(MSI)技术针对脂质C=C异构体在组织水平的分布鉴定已有广泛的应用,但是在单细胞水平还鲜有报道。本文通过结合了Paternò-Büchi(PB)反应与ToF-SIMS质谱成像技术,实现了对小鼠脑和骨组织,以及在单细胞分辨率下对不同细胞系的脂质C=C异构体分布的鉴定。不同于MALDI和DESI技术,ToF-SIMS由于其优越的空间分辨率,常被用于在单细胞乃至亚细胞水平探究脂质代谢过程。ToF-SIMS通过使用高能的一次离子束轰击样品表面产生二次离子,虽然有母离子碎裂的风险,但是也提供了能够同时分析母离子和碎片离子的优势。

首先为了探究ToF-SIMS是否具备分析脂质C=C双键位置的能力,作者们使用了脂质标准品FA 18:1(9Z)和二苯甲酮(BPh)作为PB试剂进行测试。负离子模式下,反应前谱图只观察到了FA的母离子峰m/z 281.2,反应后则看到了期望的PB产物峰m/z 463.3和质量差为150 Da的诊断碎片离子峰m/z 171.1和m/z 321.2(图1)。

图1 FA 18:1(9Z)与BPh反应前后的ToF-SIMS谱图


进一步将FA 18:1(9Z)与C=C位置异构体FA 18:1(11Z)按不同比例进行混合,置于硅片表面,喷涂BPh在254 nm UV光照下反应。根据图2C的结果,两种异构体的诊断离子强度比与异构体的浓度比呈现了良好的线性,说明了该方法可以用于FA C=C位置异构体含量的相对定量。

图2 方法对FA 18:1 C=C位置异构体分析的能力

在进行组织层面的原位分析时,作者们发现使用BPh作为PB试剂会引起较严重的基质效应,而丙酮在这方面优于BPh,因此在组织层面的分析以及单细胞层面的分析作者最终采用了丙酮作为PB试剂。在单细胞水平的分析中,作者探究了FA 18:1双键异构体在三种不同的细胞系的细胞膜分布差异,包括非小细胞肺癌细胞系A549和肝癌细胞系的HepG2和Huh7。m/z 171为FA 18:1(9Z)丙酮产物的特征碎片,m/z 143为FA 18:1(11Z)丙酮产物的特征碎片。三种细胞系展示了不同的(9Z/11Z)异构体比例,同为肝癌细胞系的HepG2和Huh7的二者比例也有显著差异(图3)。进一步说明了脂质C=C位置异构体在调节细胞功能、生理状态等中的重要性。

图3 FA 18:1 C=C位置异构体在细胞系间的差异

总之,这篇研究成功地结合了Paternò-Büchi反应与ToF-SIMS质谱成像技术,实现了在单细胞水平对不饱和脂肪酸的C=C位置异构体的鉴定,并且发现了不同细胞系细胞膜的FA 18:1的C=C异构体的含量差异。


编辑:陈永乐

审核:周柯汀

请点击推送末尾“阅读原文”查看文章


作者信息

再帕尔·阿不力孜 教授

2011.05-至今,中国医学科学院药物研究所“天然药物活性物质与功能国家重点实验室”副主任;

2015.04-至今,北京协和医学院药物分析学系主任;

2014.07-至今,中央民族大学副校长;2017年9月起兼任药学院院长。

研究兴趣:天然药物活性物质多组分复杂体系的质谱分析方法研究;药物体内外分析以及药物代谢组学的分析方法研究;恶性肿瘤等重大疾病的代谢组学分析方法研究及其小分子标志物的发现;质谱离子化及其质谱分子成像新技术的研制与应用研究。


王朝英 博士

中央民族大学生命与环境科学学院 讲师

2011.9-2016.7 中国科学院化学研究所 博士;

2012.4-2013.10 太平洋西北国家实验室 访问学者;

2016.8-2018.8 清华大学 博士后;

2018.8-2020.8 哥德堡大学 博士后。

研究兴趣:建立质谱成像新方法及质谱成像在生物代谢中的应用。


瑕瑜课题组
脂质组学、质谱学等相关文献推送
 最新文章