第三届质谱论坛成功举办
- 质谱技术在组学研究中的应用
2012年4月19日，第三届质谱论坛在北京师范大学英东学术讲堂成功举办，来自北京周边地区各研究院所、高校、检测机构的共计200余位专家和科研人员参加了此次论坛。
第三届质谱论坛现场
论坛由北京师范大学质谱中心主任谢孟峡教授主持，出席的领导和嘉宾有：中国质谱学会理事长李金英研究员、中国分析测试协会汪正范研究员、军事医学科学院杨松成研究员、清华大学罗国安教授、北京大学刘虎威教授、北京师范大学生命科学学院院长王英典教授、北京师范大学党委宣传部 方增泉部长、北京师范大学科技处副处长戴杰、北京师范大学分析测试中心主任李崧教授、北京师范大学质谱中心学术委员会主席何大澄教授、北京师范大学化学学院实验中心主任欧阳津教授、沃特世公司北方区运营经理薄美萍女士、沃特世公司中国市场发展总监舒放先生。
北京师范大学质谱中心主任 谢孟峡教授
在开幕式上，举行了北京师范大学与沃特世科技（上海）有限公司合作实验室揭牌仪式，中国质谱学会理事长李金英研究员、北京师范大学科技处副处长戴杰、沃特世公司北方区运营经理薄美萍女士、沃特世公司中国市场发展总监舒放先生共同为合作实验室揭牌。
北京师范大学与沃特世科技（上海）有限公司合作实验室揭牌
清华大学生命科学与医学研究院中药现代化研究中心主任 罗国安教授
首先，清华大学生命科学与医学研究院中药现代化研究中心主任罗国安教授给大家带来的是《中医药系统生物学研究进展》。
讲到对中药复方研究方法学创新发展的要求，罗教授分了三个模式：“点-点”模式（P2P），即单一化合物-单一靶点，未体现中医药系统整体性；“点-系统”模式（P2S），即网络药理学，单一成分或者将方药整体作为一个扰动点与生物系统作用（静态关联）；“系统-系统”模式（S2S），即通过方-病-证整合，将方药配伍（动态的药物系统）与系统生物效应（动态的病症系统）动态关联。
对于复杂系统的研究如何避免“盲人摸象”的错误？
罗教授说：“中药作用于人体是两个复杂系统的相互作用。很多人只关注局部的细节而忽视整体，容易出现以偏概全的错误；或是只看到宏观表象而忽视微观特征，也往往是给出似是而非的结论（模糊）。”
罗教授针对目前代谢组学研究中，定量研究中存在定量不完全、亲水性成份分离不好的等限制，提出了代谢组学研究全景模式（定量数据）与特写模式（指纹数据）结合的整合化研究方案，从而减少或避免代谢组学研究中“盲人摸象”的现象。
指纹图谱在中药成分分析中的应用
中药成分复杂，仅单味药中的化学成分就数以百计，中药复方更是一个非常繁杂的化学成分系统通过中药的"指纹"全面反应中药的整体特征而不是几个成份。它是一种综合的鉴别手段，建立在中药成分系统研究的基础上，比原来只用一两个组分来控制中药的质量有了很大的提高。在国家药典会的领导下，对我国的70多种注射剂都做了指纹图谱研究。当前中药的指纹图谱技术已经发展成为一套比较完整的理论体系，我们提出了用指纹图谱结合多指标成分定量检测的体系，将整体特征和局部特征结合来表征中药的质量，在这当中色谱起了非常大的作用。当前色谱技术的多样化和检测能力的增强为指纹图谱研究和应用提供了良好的工作平台。其中TLCS、HPLC和GC已是公认的(包括美国FDA)三种常规的分析手段。随着科学技术的发展，色谱分析仪器的完善与提高，在克服自身固有缺陷，发挥自身优势方面有了长足发展，成为三种互相补充、相互结合分析手段。其中HPLC法随着新的高效通用型检测器的发展，使得其适用性和灵敏度得到显著提高，从而使复杂样品的分析成为可能。
以糖尿病、肾病为例分析中西医之间的联系
罗教授指出：“中西医有没有共同之处，我们发现虽然词语不一样，其实他们是有共同的基础。”糖尿病、肾病五级是最重的，在中医也是判断阴阳两虚，这我们都是可以理解的。实际大体系是吻合的，有个别不吻合，西医是根据蛋白尿的量来判断的，但是在临床上我们可以看到，有些人肾有些损伤，但本体还是好的，所以中医不一定把它判断成为阴阳两虚，这很好的揭示了中西医之间的联系。我们可以发现有一些基因是中西医一致的，这说明这是一个基础，有一些不一样，我们发现中医有些基因表达都是大部分中药用了以后牵扯到运行，按运行的观念来讲，跟中医的气有一定的相似形，就是人体的运行功能好，所以就是中医当中的气比较足。那我们把基因组学、代谢组学整合起来就可以找到目标通路，最后发现一个亚油酸通路，我们在找根本的机理。我们用系统生物学的方式就能总体表达中西医之间的某种联系。
北京大学化学与分子工程学院 刘虎威教授
接下来，来自北京大学化学与分子工程学院的刘虎威教授带来了题为《2D(NP/RP)LC-MS用于脂质组学分析》的报告。
脂质在人体中的作用
脂类是生物的重要组成成分之一，它不但是某些结构的主要组成成分，例如细胞膜，同时也参与信号传导等重要的生理过程，研究生物体的脂类组成，脂类代谢以及脂类相互作用的科学被称为脂类组学。与各种组学相似，脂类组学也需对复杂体系中的脂类分子尽可能多的鉴定、确定和定量。脂类的异常代谢的发生会引起动脉粥样硬化、糖尿病、肥胖症及帕金森综合症等疾病。
质谱在脂质组学分析中的应用
目前，主要对脂类分离鉴定采用的方法是用正相色谱分离不同类别(class)的磷脂再用质谱进行检测，或采用反相色谱与质谱联用分离检测不同的分子种属(molecular species)。
刘教授提到：磷脂的分类中，极性的结构适合用正向色谱分离，长链的脂肪酸适用于反向色谱分离，只用一种色谱进行分离，达不到很好的效果。如果将正向与反向联用，可以提高分离效率。但是，正向色谱的流动相是有机相，而反向色谱的流动相是水相，从第一维向第二维切换的过程中容易造成堵塞，因此，改进接口技术是关键。
刘教授利用改进的接口技术并将其应用到液相色谱四级杆飞行时间质谱联用，成功的完成复杂脂质样品的二维色谱在线分离，并在线用质谱检测。在对从S.D.大鼠腹膜提取的脂类进行在线二维液相色谱-质谱联用分析中，课题组综合利用了质谱的几种定性信息：多级质谱、保留时间与化合物结构关系、精确质量数等，利用统计学软件比对了腹膜透析一周和正常的S.D.大鼠的脂类，发现共有400多种标志物，实验为腹膜透析缓冲液下腹膜功能变化的机理研究提供了依据。
腹膜透析——在临床中的新应用
刘教授指出北京大学医学院已经研究出一种腹膜透析的方法，对肾脏病患者能进行有效的治疗，但对于腹膜表层和透析液磷脂的分子成分目前还没有做过系统的研究，因此，开发快速、准确的磷脂定性和定量方法，对腹膜表层和的腹透液磷脂进行研究，可以监测腹膜功能的变化，探寻导致腹膜结构和功能变化的机制，并可对临床治疗提供指导。
军事医学科学院国家生物医学分析中心 杨松成研究员
来自军事医学科学院国家生物医学分析中心的杨松成研究员，给大家带来了题为《有机质谱在蛋白质组学中的研究进展》的报告。
质谱的发展
杨老师表示：质谱自上世纪初诞生以来至今已逾百年，在这期间围绕质谱的诞生,发展和应用，有十位科技工作者先后六次荣获诺贝尔奖，这充分说明质谱在科学技术发展中的作用和地位。在过去25年中有机质谱的最重要发展是: 电喷雾电离( Electrospray Ionization, ESI ) 和基质辅助激光解析电离(Desorption Matrix-Assisted Laser Ionization, MALDI ) 两种新型电离技术的发明和应用，开创了有机质谱分研究蛋白质等生物大分子的新纪元。
有机质谱在蛋白质组学中的应用
在会上，杨老师还向大家介绍了很多蛋白质组学的知识。利用质谱分析小鼠肝和胰腺上的蛋白，及蛋白糖基化的过程。上个世纪80年代，基质辅助激光解析电离新型离子源发明，1997年，美国Vanderbilt大学Caprioli教授首次报道了利用MALDI质谱成像，直接从大鼠的脑下垂体和结肠组织获得了蛋白质和多肽的生物分子图像，开创了分子成像组织学的新领域。目前，这项技术先前主要应用在蛋白质、多肽研究，现在又扩展到小分子如脂质和药物研究。其与现在广泛使用的放射自显影技术相比，具有不需要标记和探针、质谱成像时非靶向的、质谱成像可检测代谢物与药物、可以对整体动物组织进行成像等优点，其将在生物医学的基础研究中发挥作用。杨松成教授还指出，质谱成像技术除了MDLAI外，还有DESI(解析电喷雾离子化)和SIMS(二次离子质谱)，未来质谱成像技术将在仪器和样品前处理技术上改进，并向三位图像发展。
沃特世科技（上海）有限公司技术专家 王静博士
来自沃特世科技（上海）有限公司技术专家王静博士为大家带来了题为《质谱技术在中药的最新应用进展》报告。
王博士首先介绍到Waters公司针对中药解决方案平台包括ACQUITY UPLC系统、UPLC/TOF质谱、UPLC/Xevo TQ-S质谱等。软件包括用于结构解析的MassFragment软件；Metabolynx是进行药物代谢物确征和杂质分析的应用软件。 Metabolynx通过比较复杂色谱和质谱数据，找出目标代谢物和非目标代谢物，该应用软件包括：清晰的数据浏览环境，公认的生化数据转换模式，分子结构信息，以及提高工作效率的数据直接MS-MS分析功能；以及用于化合物筛选的ChromaLynx软件和代谢组学分析的MarkerLynx软件。
报告中，王博士具体了介绍了胡迪亚的真伪鉴别、银杏叶片不同采收季节和炮制方法与化学成分的关联性研究、中药组分代谢产物研究这三个分析实例。
胡迪亚有效成分的检测
胡迪亚是南非克拉哈里高原沙漠中发现的一种植物，它的有效成分可以使人减轻疼痛和饥饿感。由于其有效成分逐渐被人使用，所以后来衍生了很多胡迪亚旁属的植物，以及一些类似胡迪亚却不含其有效成分的植物。胡迪亚有效成分的鉴定和检测成为了首要任务。
王博士为大家展示了使用UPLC Q-TOF检测，区分具有有效成分的胡迪亚、其旁属植物和无有效成分植物。结果在图谱显示的非常直观。
银杏叶片不同采收季节和炮制方法与化学成分的关联性研究
在银杏叶片不同采收季节和炮制方法与化学成分的关联性研究中，设计了三组、每组10个平行对比实验，第一组是新鲜银杏叶的提取，第二组是干银杏叶的提取，第三组是新鲜银杏叶的醇提取。根据图谱显示，三种不同提取方法，其化学成分是不尽相同的。
另外，王博士还做了一个不同季节采收的银杏叶的化学成分的比较，图谱显示，其化学成分在春天时含量最高，秋天其次，夏天时采摘的银杏叶的化学成分最少。
中药组分代谢产物研究
王博士为大家讲述了质谱中药检测的工作流程：使用UPLC分离代谢物，Xevo G2 Q-Tof、 Synapt HDMS/MS、 MSE检测代谢物，去除背景基质和控制样品中的峰值，鉴定代谢物，MassFragment 对代谢物结构进行分析与确定，对代谢物进行绝对和相对的定量。王博士还指出分析中最大的瓶颈问题就是结构的确认，因为仪器软件可能会分析出几种化合物，这就有待专家们进一步去分析了。
最后，王博士总结了质谱在中药研究中的应用。对于中药成分结构解析、化合物筛选、代谢物分析和代谢组学分析，超高液相串联质谱可以提供精确质量数、结构信息和多元统计分析。
沃特世科技（上海）有限公司中国市场发展总监 舒放先生
接下来，沃特世科技（上海）有限公司中国市场发展总监舒放先生，为大家介绍了荣获Pittcon 2012金奖产品—Waters超高效合成色谱。
Waters 超高效色谱发展历程
首先，舒放先生为大家讲述了Waters超高效液相色谱的发展历程：2004年3月8日Waters重新定义色谱科学，推出了现在已经广泛应用的UPLC；2011年3月份推出了改变正相色谱“游戏规则”的UPSFC；2012年3月12日，Waters再次重新定义色谱科学，推出了UPC
2-超高效合相色谱。
UPC2——超高相合相色谱深刻的体现了“合”字的定义。
“合”字的五个含义
中合：气液合体。舒放先生说：“大自然非常神奇，它除了创造了气体和液体外，还创造了一种介于气体和液体之间的合体”。合体又称为超临界流体，既是气态液体，又是液态气体，其扩散系数和粘度介于气体和液体之间。正是这种合体，才启发Waters公司开发出这种超高相合相色谱。
汇聚：技术合璧。1963年Waters固定相合并流动相才生产出液相色谱(LC)；1997年Waters合并Micromass生产出了液质联用(LC/MS)；2009年Waters合并Thar SFC生产出了超高相合相色谱(UPC2)。另外，汇聚还指UPC2可以与LC、MS、SFE、ICP和NMR等同时联用。
应当：天作之合。SFC应当与UPLC合并。SFC的潜力是CO2低粘度，高扩散绿色，低成本。UPLC技术特点是1.7μmUPLC柱，可以精确控制温度、流体和压力。二者优点的结合可以称之为天作之合。
匹配：组合优势。SFC组合成UPSFC后提高了重现性、可靠性、分析速度、耐用性和成本效益。UPSFC组合成UPC2后，可以更精确的微调温度/压力/梯度，更精确的控制助溶剂比例，应用范围广泛，可以实现复杂混合物的常规分析。
全满：合效分析。GC常用于热不稳定化合物、难挥发化合物，NPLC常用于手性化合物，RPLC常用于极性化合物，而UPC2可以同时满足这三种仪器的要求，对被分析的物质要求很低。
最后，舒放先生说：UPC2 是具有无限潜力的新型仪器，他期待着UPC2 能够为用户解决分析瓶颈的新方法，并在8年内成为广泛应用的新工具。
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