“脂质组学”近年来发展迅速，2020年发表相关论文数量与2016年相比增加了两倍。质谱技术的快速发展为脂质异构体的多层次结构解析提供了可能，也为研究脂质异构体的代谢和发现新的脂质异构体生物标志物奠定了基础。近期，瑕瑜课题组受邀在Journal of Lipid Research撰写了题为“Deep-lipidotyping by mass spectrometry: recent technical advances and applications”的综述论文。清华大学精仪系张文鹏助理教授为第一作者，化学系瑕瑜教授为通讯作者，化学系博士生简瑞君、赵婧及精仪系博士后刘易昆参与了写作。该论文聚焦于复杂脂质的串联质谱分析技术，特别是针对C=C双键位置、sn-位置以及脂肪酸链修饰的质谱分析方法，讨论了相关技术在脂质组学层面的应用，分析了其在脂质代谢研究及脂质标志物发现方面的应用前景。
脂质的精细化结构表征是脂质组学的重要组成部分。复杂脂质的完整鉴定包含六个层次：1）头基种类；2）酰基链组成；3）C=C双键位置；4）sn-位置；5）官能团取代基位置（如甲基支链、羟基等）；6）C=C双键的立体异构和手性中心（图一）。文章中主要讨论的是第3-5层次的脂质异构体解析的串联质谱技术。
图一. 复杂脂质的结构层级
对复杂脂质中双键位置的鉴定主要有两种技术策略。一种是发展新型气相离子活化或解离方法，比如臭氧诱导解离（OzID）、紫外光解离（UVPD）、有机物离子的电子碰撞激发（EIEIO）、亚稳原子活化解离（MAD）、自由基诱导碎裂（RDD）等。另一种是结合针对双键的特异性修饰和串联质谱分析，衍生化方法包括Paternò-Büchi (PB) 反应、环氧化和单线态氧-ene反应。文章详细地梳理了相关的反应机理和碎裂离子结构。
图二. 鉴定双键位置的质谱方法
针对sn-位置异构体的识别，目前主要有三种策略。Hsu和Turk等人发现了甘油磷脂钠离子加合物在碰撞诱导解离作用下会选择性的丢失sn-2脂肪酸链，从而实现sn-位置异构体的鉴定（图三）。OzID、UVPD和PB衍生化与该策略结合，可以实现脂质到第四层次的结构解析。第二种策略是利用甘油磷脂和甘油三酯在EIEIO中产生的诊断离子；第三种策略主要针对磷脂酰胆碱和鞘磷脂，胆碱头基可与碳酸氢根离子相结合，在串联质谱中高效率地形成sn-1碎片实现鉴定。链修饰如甲基支链、环丙烷、羟基，可采用193或213 nm的UVPD、CRF和RDD等技术进行解析。
图三. sn-碎片离子生成示意图
最后，作者讨论了利用诊断离子相对丰度实现脂质异构体特别是双键异构体和sn-位置异构体相对定量的可行性；对脂质深度结构解析技术在脂质代谢及脂质标志物发现方面的应用进行了讨论，并对相关技术的未来发展方向及潜在应用进行了展望。
本文编辑：赵 婧，张文鹏
本文审核：张文鹏，瑕 瑜
本文引用：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022227522000529?via%3Dihub