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干货 | 基于高分辨质谱定量技术的靶标代谢组学

分类:
阿趣动态
发布时间:
2019/09/05 13:23
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靶标代谢组学是以标准品为参考,针对特定某一物质或一类代谢物进行检测的代谢组学方法,一般利用三重四极杆低分辨质谱MRM技术进行。但BIOTREE今天要介绍的是基于高分辨质谱PRM技术的靶标代谢组学。

 

为了更好的理解PRM技术,那我们就不得不先讲讲SRM/MRM技术了~

 

SRM/MRM(单/多反应监测 Single/multiple reaction monitoring)技术是一种基于已知或假定的反应离子信息,有针对性地选择数据进行质谱信号采集,对符合规则的离子进行信号记录,去除不符合规则离子信号的干扰,通过对数据的统计分析从而获取质谱定量信息的质谱技术。

 

PRM技术(平行反应监测,Parallel Reaction Monitor )是一种基于高分辨、高精度质谱(如Orbitrap系列)的离子监视技术。相比于传统的SRM/MRM技术,PRM技术将采集二级信息所用的四级杆质量分析器替换为更高分辨、更高质量精度的分析器,实现了从目标离子对检测到全部目标离子碎片检测的转化因此,PRM技术不仅具有SRM/MRM的靶标定量分析能力,还同时具备了定性能力。

 

01

PRM技术能做什么?

 

BIOTREE在运用PRM技术时,首先利用四级杆质量分析器的选择检测能力,在一级质谱中(Q1)选择性地检测目标肽段/小分子的母离子信息;随后在Collision cell中对母离子进行碎裂;最后利用高分辨、高质量精度分析器(如Orbitrap系列)在二级质谱中检测所选择的母离子窗口内的所有碎片的信息。这样即可对复杂样本中的目标肽段/小分子进行准确地特异性分析。

 

PRM定量分析的优势:

 

(1)质量精度达到ppm级,能够比SRM/MRM更好地排除背景干扰和假阳性,有效提高复杂背景下的检测限和灵敏度;

 

(2)对子离子进行全扫描,无需选择离子对和优化碎裂能量,更容易进行方法学建立;

 

(3)媲美MRM的线性范围。

 

02
为什么要用PRM?

 

 

1_物质验证更准确

 

当进行非靶标代谢组学结果验证时,由于色谱条件(色谱柱、流动相梯度等)与非靶保持一致,这样标品的出峰保留时间与原非靶的出峰时间理论上是一致的,这样就更能保证物质验证的准确性。

 

在PRM模式下,标准品是被采集了高分辨二级谱图的,通过与样品中的实际检出的二级谱图比对,可以更准确的确认目标化合物。

 

 

2_特异性更好

 

相比MRM技术,PRM是将Q3换成了高分辨质量分析器(如Orbitrap)。高分辨质量分析器能够更好地分辨子离子,从而特异性更好。

 

MRM/SRM VS PRM

 

PRM中使用的高分辨质量分析器,如Orbitrap,最高可达几十万的分辨率,可以轻松区分离子。而MRM技术使用的是三重四极杆(QQQ)低分辨率质量分析器,对质荷比接近的离子区分不开。

 

3_高灵敏度

 

PRM技术检测的样品可以低至10μL,有文献报道一次可检测408种代谢物,包括氨基酸、生物胺类、酰基肉碱以及脂类等。

 

另外,在诸如QE系列高分辨质谱仪中,由于其特有的C-trap模块能够富集离子从而提升灵敏度,使之拥有媲美三重四极杆质谱仪的灵敏度。

 

在定量计算方面,PRM技术与MRM技术一样,都需要采用标准品稳定同位素内标建立标准曲线,从而保证定量结果的准确可靠。

 

03

实例

 

1

Development and Evaluation of a Parallel Reaction Monitoring Strategy for Large-Scale Targeted Metabolomics Quantification”— PRM在大规模靶标定量代谢组学的开发与评估

 

文章摘抄自 Analytical Chemistry

 

文章采用PRM、MS1和MRM对不同类型样品的237个极性代谢物测量后,就PRM技术和MRM技术在动态范围、线性度、再现性系统稳定性上做了详细对比。在该文章中PRM和MS1的分析定量采用的是Q——Exactive平台,MRM分析定量采用的是QTRAP 6500平台。

 

 

结果表明,PRM在监测237种极性代谢物上比MS1具有更高的再现性定量准确度。此外PRM还表现出比在QTRAP 6500平台上采用的MRM技术有更好的灵活性精准

 

图1.使用PRM技术的代谢组学策略概述。

(A)PRM技术样品分析的工作流程。(B)分别在Q-Orbitrap和QQQ仪器上进行的PRM(上)和MRM(下)示意图。母离子(如大的彩色圆圈)在Q1中选择,在Q2中以类似的方式碎裂。

 

图2.基于PRM、MRMMS1的大规模靶标代谢组学定量方法的比较。

(A−C)使用不同分析方法对八种生物样品进行三次分析的变异系数(CV)分布。(D-F)使用不同方法分析八种生物样品的基于皮尔逊相关性的聚类热力图。行代表检测到的代谢物,列代表生物样品。颜色表示从低(蓝色)到高(红色)的代谢物浓度。(G-I)使用不同分析方法分析八种生物样品的主成分分析(PCA)得分图。

2

A Novel Strategy for Comprehensive Identification of Acylcarnitines Based>”— 基于液相色谱-高分辨率质谱法的酰基肉碱综合鉴别新策略

 

文章摘抄自 Analytical Chemistry

 

PRM can provide more confident identification for metabolites, and it has emerged as a potential alternative to MRM。”(译:PRM技术可以为代谢物提供更为可靠的鉴定,并且已经被作为MRM的潜在替代方案。

 

 

文章针对研究需求,开发了一种基于液相色谱-高分辨率质谱(LC-HRMS)的新方法,以尽可能多的鉴定酰基肉碱。

 

文章采用了“分层递进策略”,即首先进行初始全扫描MS或数据依赖性MS/MS监测(ddMS2)采集,随后与PRM结合起来,去分析生物样本。

 

 

使用PRM技术,获得了733种可能的酰基肉碱特征性的高分辨率MS/MS特征峰(Features)信息。从而构建了包含精确质量数保留时间MS/MS信息的758个酰基肉碱数据库,这是迄今为止报道的最全面的酰基肉碱数据库。

 

04

结尾

 

看完之后小编都迫不及待的想要动手测一测了!

 

BIOTREE基于Q-Exactive HFX构建了PRM靶标代谢组学方法,欢迎新老客户前来体验!!!

 

欢迎关注BIOTREE微信公众号,了解更多代谢组学相关的信息~

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