Waters Xevo? MRT采用多反射超高分辨率飞行时间(MRT)技术,可在较宽的m/z范围内提供始终如一的质谱分辨率和优异的质量精度,即使采集速率高达100 Hz,也能实现高达100,000 FWHM的质量分辨能力与<500 ppb的质量精度。
本研究基于Xevo MRT成功建立“DDA-TOFMRM”的拟靶向脂质组学分析方法,借助该系统优异的质谱分辨率与快速采集能力,与传统脂质组学采集方法相比,在确保定性结果准确可靠的同时,显著提升了特定类型脂质的鉴定覆盖度。该研究充分结合仪器优势与靶向转化策略,为复杂生物样本中脂质的高效、全面分析提供了有力技术支撑。
图1. Xevo MRT MS脂质组学工作流程。
样品前处理
取柑橘叶片冻干样品20 mg,加入500 μL甲基叔丁基醚 - 甲醇(10:3)混合溶剂,涡旋5 min;加入100 μL水,涡旋3 min;于4 ℃、13,000 rpm条件下离心10 min;取300 μL上清液,氮气吹干;加入100 μL异丙醇 - 乙腈 - 水(2:2:1)混合溶剂复溶,离心后取上清液进样分析。
LC-MS/MS方法
液相色谱条件
液相系统:
ACQUITY? Premier UPLC System
色谱柱:
ACQUITY UPLC CSHC18(2.1 x 100 mm, 1.7 μm)
流动相A:
乙腈/水/1M甲酸铵(60:39:1)+ 0.1% FA
流动相B:
异丙醇/乙腈/1M甲酸铵(90:9:1)+ 0.1% FA
柱温:
55 °C
进样量:
1 μL
梯度:
质谱条件
质谱系统:
Xevo MRT MS
采集模式:
DDA, Top30
动态排除:
4 s
采集范围:
m/z 50 - 1,200
采集速率:
MS(20 Hz), MS/MS(50 Hz)
离子化模式:
ESI+
离子源温度:
120 ℃
脱溶剂气温度:
550 ℃
数据处理软件
使用waters_connect?软件进行数据采集,通过MSToolkit进行可视化;采用Lipostar组学软件进行数据处理,调用LIPIDMAPS数据库进行化合物鉴定。
实验结果
①
样品BPI图展示:下图为柑橘叶片样本的基峰强度(BPI)色谱图,各脂质组分在12分钟内实现良好分离,为后续准确定性定量奠定基础。
图2. 柑橘叶片样本BPI图。
②
高分辨能力展示:Xevo MRT在低质荷比区域分析小分子时仍能保持高分辨率,且随质荷比增加分辨率进一步提升。以PC(14:0/14:0)为例,在MS 20Hz, MS/MS 50 Hz的高采集速率下,其母离子及碎片离子依然能保持10万以上的质量分辨率(FWHM),确保定性结果高度可信。
图3. PC(14:0/14:0)高分辨MS及MS/MS谱图。
③
优异峰形与重现性:采用ACQUITY Premier系统结合Premier色谱柱,有效减少液相管路对磷脂类化合物的吸附,保证磷脂类化合物良好的色谱峰形与进样重现性。
图4. 磷脂类化合物出色峰形展示。
④
高通量数据采集与鉴定:Xevo MRT系统的高灵敏度与快速采集能力,保证了MS/MS覆盖率和化合物鉴定数量。单针12 min检测,柑橘叶片样本共提取到17,878个化合物,其中10,116个化合物获得MS/MS谱图,MS/MS覆盖率超过50%。
图5. Lipostar软件峰提取结果。
⑤
高置信度脂质鉴定:经过滤并使用LIPIDMAPS数据库搜库,最终获得4,429个脂质鉴定结果。Lipostar软件内置经文献与实验验证的脂质碎裂规则库,整合多维信息进行综合评分。以离子784.5859@4.38为例,因其精准匹配PC头基特征碎片(m/z 184.074),被标记为深绿色高置信度结果,有效降低假阳性风险。
图6. LIPIDMAPS数据库鉴定结果统计。
图7. 高置信度鉴定结果示例。
⑥
拟靶向策略显著提升覆盖度:针对LIPIDMAPS数据库收录有限的植物糖脂MGDG,本研究利用Lipostar构建包含194种MGDG的专属数据库(LIPID MAPS数据库目前仅收录50种相关化合物),并结合保留时间预测模型,成功建立“DDA→MRM”的拟靶向分析方法。最终在柑橘叶片中鉴定到67种MGDG,其中MGDG(34:5)、MGDG(34:6)、MGDG(34:7)等低丰度脂质仅通过拟靶向模式检出,策略有效性得到充分验证。
图8a. MGDG保留时间矩阵图。
图8b. TOF-MRM采集方法构建。
图9. 拟靶向策略鉴定的MGDGs结果。
实验结论
01
Xevo MRT MS的出色性能:采用多反射超高分辨率飞行时间(MRT)技术,可在极高的扫描速度下仍提供始终如一的质谱分辨率。本研究采用MS 20 Hz、MS/MS 50 Hz进行数据采集,以PC 14:0/14:0为例,其母离子及碎片离子在高扫描速度下依然能保持10万以上的分辨率。
02
高覆盖与高置信度:Xevo MRT系统的高灵敏度、采集速度和质量精度,保证了MS/MS覆盖率和化合物鉴定数量。使用DDA Top 30进行采集,单针12 min的检测时长,柑橘叶片样本可提取到17,878个化合物,其中10,116个化合物获得MS/MS谱图,MS/MS覆盖率超过50%。数据经过滤后使用LIPID MAPS数据库进行搜库,最终有4,429个化合物可得到鉴定结果。Lipostar脂质组学软件内置经文献与实验双重验证的脂质碎裂规则库(如定义PC质子化的头基碎片离子m/z 184.074为“强制”规则),整合多维信息进行综合评分,采用颜色标注实现结果分级,使高置信度数据直观可辨,能够有效降低假阳性识别风险。
03
拟靶向策略的成功实践:建立了“DDA→TOFMRM”的拟靶向脂质组学分析方法。以植物糖脂中的MGDG为例,LIPID MAPS数据库目前仅收录50种相关化合物,本研究通过Lipostar自定义脂质头基及脂肪酸链,批量构建了包含194种MGDG的专属数据库,结合QSRR模型实现保留时间预测,成功建立了TOF-MRM分析方法。最终在柑橘叶片中成功检测到67种MGDG,其中MGDG(34:1)、MGDG(34:2)、MGDG(34:3)、MGDG(34:4)来源于DDA采集模式直接鉴定;MGDG(34:5)、MGDG(34:6)、MGDG(34:7)则借助“DDA采集→MRM靶向转化”的拟靶向分析模式鉴定得到,该策略有效提升了MGDG类脂质的检测覆盖度与鉴定准确性。
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参考文献
[1]Goracci,Laura,etal."Lipostar,aComprehensivePlatform-NeutralCheminformaticsToolforLipidomics."AnalyticalChemistry(2017).
[2]Xuan,etal."DevelopmentofaHighCoveragePseudotargetedLipidomicsMethodBasedonUltra-HighPerformanceLiquidChromatography-MassSpectrometry."AnalyticalChemistry(2018).
[3]Naylor,BradleyC.,etal."QSRRAutomator:AToolforAutomatingRetentionTimePredictioninLipidomicsandMetabolomics."Metabolites(2020).
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