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導讀

中國藥科大學多靶標天然藥物全國重點實驗室以我國豐富的天然藥物資源為研究對象，在活性物質發現、生物功能與成藥性等研究方向有著豐碩的研究成果。為了深化多領域的探索并提升研究效率，實驗室近期引入島津獨家研發的全譜二維+Q-TOF液質聯用系統（即4in1分析系統），該系統擁有多項授權專利技術，能夠同時對多極性目標物進行高效分離，在中藥復雜組分分析、天然產物定性定量以及代謝組學領域有著廣闊的應用前景。去年11月底，此液質聯用設備安裝完畢，中國藥科大學多靶標天然藥物全國重點實驗室-島津合作項目正式啟動，開啟天然產物與代謝組學合作研究新篇章。

基于合作項目的最新成果發布

全譜二維液相和高分辨Q-TOF質譜儀LCMS-9050到貨安裝后，島津分析中心工程師與客戶一直保持密切合作，近日相關合作成果發表于分析化學綜合性期刊《Talanta》（中科院一區Top期刊，IF=5.6）上。該研究中，李萍教授和楊華教授團隊使用島津全譜二維液相和高分辨質譜LCMS-9050聯用作為4in1分析系統，用于動脈粥樣硬化小鼠多種生物樣本的代謝組學和脂質組學研究。該系統通過特色二維液相寬極性分離+LCMS-9050的正負離子切換模式，展示了在各種生物基質中進行非靶代謝組學和脂質組學研究的強大能力，為血管疾病的進一步探索提供了有力的技術支撐。

文章首頁

4In1分析系統介紹說明

研究成果鑒賞

4in1分析系統的構建與評估

對于傳統LCMS，為了覆蓋目標物廣泛的極性，需要分別通過HILIC和RPLC分離代謝物。此外，還需要進樣2次才能在正和負模式下獲得更全面的MS信息。島津獨家4in1分析系統通過全譜二維寬極性分離 + LCMS-9050正負離子切換模式，一針進樣可得到常規液質分析方法進樣4針的數據信息，減少了75%的樣品量和質譜分析時間，顯著提高了分析通量和效率。該流路通過2D平行設計實現充分平衡和清洗，減少了交叉污染和記憶效應，提高了系統穩定性和重現性。

島津全譜二維液相+LCMS-9050（4In1分析系統）技術特點

在本研究中，中國藥科大學李萍教授和楊華教授團隊的丁夢博士分別從目標物極性覆蓋率、質量精度和方法重現性這三個方面對4in1分析系統進行了全方位的評估測試：

1極性覆蓋率

全譜二維LC將親水性代謝物在HILIC柱上保留并分離，而疏水性代謝物則通過閥切換到RP柱上進一步分離。作者比較了使用1D和全譜2D-LC方法檢測到的離子峰數量，發現單獨使用HILIC和RPLC方法在死時間會出現嚴重共洗脫現象，導致分析物分離不足。全譜2D相比1D-LC方法提高了代謝組和脂質組的極性覆蓋率（圖1A），有效緩解了1D-LC死時間中出現的嚴重共洗脫問題。

2質量精度

使用NaI溶液作為外標校正質量，24小時內6次進樣檢測，計算[Na-(NaI)n]+（m/z 172.8835，472.6719，922.3547）和[I-(NaI)n]-（m/z 276.7993，576.5877，1026.2705）質量偏差以評估4in1分析系統的質量精度。結果顯示：NaI外標m/z質量偏差均＜3 ppm（圖1B），表明該系統具有優異的質量精度。

3方法重現性

在整個分析批表中，作者每隔5個樣本分析1次QC樣本以評估全譜二維液質聯用方法重現性。24h連續分析下，正和負模式6次QC樣本TIC色譜圖幾乎重疊（圖1C），且具有良好的峰形和分離度。PCA多元統計結果顯示：QC平行樣本聚集度高（圖2A），表明儀器狀態穩定，測定過程中未出現明顯偏差。

圖1. 4in1分析系統的方法評價測試

基于4in1分析系統的動脈粥樣硬化小鼠非靶代謝組學和脂質組學分析

丁夢博士利用4in1分析系統對模型組與對照組小鼠血漿和主動脈組織樣本，進行非靶代謝組學和脂質組學分析。PCA結果顯示：模型組與對照組在血漿和主動脈組織樣本中均能完全分開，表明動脈粥樣硬化小鼠與對照組小鼠在血漿和主動脈組織中均發生了顯著的代謝變化。從對OPLS-DA模型有較大貢獻的特征峰（VIP>1）中篩選潛在差異物，結合倍數變化（FC>2）及T檢驗（P<0.05）生成火山圖 (圖2C)。以血漿樣本為例，檢測到230個差異代謝物及脂質，包括113個甘油磷脂、62個鞘脂、19個脂肪酰基、11個甘油酯、5個甾醇及其衍生物、3個前醇脂質、3個羧酸及其衍生物、3個嘧啶核苷、3個有機氧化合物、2個羥酸及其衍生物等（圖2D）。

丁夢博士使用全譜二維液質聯用儀分析現場

圖2. 動脈粥樣硬化小鼠的非靶代謝組與脂質組分析（血漿）

非靶代謝組結果顯示了動脈粥樣硬化小鼠中脂肪酸（包括肉豆蔻酸、二十二碳三烯酸等）、嘧啶核苷（如脫氧尿苷、尿苷等）和多種亞油酸（如亞麻酸、亞油酸等）的顯著變化（圖3）。顯示動脈粥樣硬化可能伴隨著脂肪酸生物合成、嘧啶代謝和亞油酸代謝異常等代謝通路的變化（圖4）。

脂質組結果顯示，在不同的生物樣本（小鼠血漿及主動脈組織）中發現了大量不同且互補的脂質特征，它們與動脈粥樣硬化疾病相關，包括甘油磷脂類（GP）、鞘脂類（SP）、甘油酯類（GL）、固醇類（ST）等，對不同脂質亞類在動脈粥樣硬化小鼠中的變化做了進一步分析，發現磷脂酰膽堿（PC）成為數量最多的差異脂質（圖3）。KEGG代謝通路分析表明動脈粥樣硬化小鼠中發生了顯著的脂質代謝紊亂，包括甘油磷脂代謝，鞘脂代謝，膽堿代謝，膽固醇代謝等（圖4）。

圖3. 動脈粥樣硬化小鼠的主要代謝變化

(AC) 血漿樣本；(BD) 主動脈組織樣本

圖4. 動脈粥樣硬化小鼠的代謝通路富集分析

(A) 血漿樣本；(B) 主動脈組織樣本

結語

全譜二維液質系統是島津獨家產品，極性分流（發明專利號ZL202010477040.0）、在線稀釋（發明專利號ZL201410187543.9），雙重梯度（發明專利號ZL202110407632.X），適合于極性相差較大的多類物質的同時分析，特別是代謝組學的全組分分析。借助全譜二維的4in1分析系統，中國藥科大學李萍教授和楊華教授團隊在動脈粥樣硬化小鼠血漿和主動脈組織中分別發現了230和170種代謝物變化，揭示了涉及不飽和脂肪酸生物合成、鞘脂代謝、膽固醇代謝、甘油磷脂代謝和膽堿代謝等動脈粥樣硬化相關代謝途徑。這些結果表明，4in1分析系統是復雜生物基質中非靶代謝組學和脂質組學研究的強大工具。最后也期待島津全譜二維液質系統能夠賦能科研者們，幫助他們實現更多的成果產出！

撰稿人：陳夢宣

參考文獻

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.