本文描述了一种检测新生儿缺氧缺血生化标志物的方法。该方法采用高效液相色谱法(HPLC)和气相色谱-质谱联用技术(GC/MS)。
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本文描述了一种检测新生儿缺氧缺血生化标志物的方法。该方法采用高效液相色谱法(HPLC)和气相色谱-质谱联用技术(GC/MS)。
新生儿缺氧缺血的特征是组织灌注不足或全身性缺氧。该状况被认为可导致或加重多种已有明确记载的新生儿疾病,包括神经系统功能障碍1-3。由于氧化磷酸化受阻,三磷酸腺苷(ATP)的生成减少2。为补偿这种能量缺乏状态,含高能磷酸键的分子被降解。这导致腺苷水平升高,随后被进一步降解为次黄嘌呤、黄嘌呤,并最终转化为尿酸。该降解过程的最后两个步骤由黄嘌呤氧化还原酶催化完成。在常氧条件下,该酶以黄嘌呤脱氢酶的形式存在,但在缺氧-再灌注条件下会转化为黄嘌呤氧化酶(XO)4, 5。与黄嘌呤脱氢酶不同,XO在嘌呤降解过程中会产生过氧化氢作为副产物4, 6。这种过氧化氢与其他缺氧期间产生的活性氧(ROS)共同作用,可将尿酸氧化为尿囊素,并与脂质膜反应生成丙二醛(MDA)7-9。大多数哺乳动物(人类除外)具有尿酸酶,可将尿酸转化为尿囊素。然而在人类中,尿囊素只能通过活性氧介导的尿酸氧化反应生成。因此,尿囊素被认为是人类氧化应激的标志物,而在具有尿酸酶的哺乳动物中则不是。
我们描述了采用高效液相色谱法(HPLC)和气相色谱-质谱联用法(GCMS)来检测新生儿缺氧缺血生化标志物的方法。大多数检测使用人血。动物血也可使用,但需注意尿酸酶可能产生乙醛酸。早在1963年,嘌呤代谢物就已被关联到缺氧状态,且次黄嘌呤、黄嘌呤和尿酸作为新生儿缺氧生化指标的可靠性已被多位研究者证实10-13。用于定量嘌呤类化合物的HPLC方法快速、可靠且可重复。用于定量氧化应激相对较新标志物——乙醛酸的GC/MS方法改编自Gruber et al7。该方法可避免某些干扰因素,并仅需少量样本。MMDA的合成方法已在其他文献中描述14, 15。基于GC/MS的丙二醛(MDA)定量方法改编自Paroni et al 和 Cighetti et al16, 17。黄嘌呤氧化酶活性通过HPLC定量蝶呤转化为异黄蝶呤的过程进行测定18。该方法被证明具有足够的灵敏度和可重复性。
1. 样本采集与处理
2. 准备用于嘌呤和黄嘌呤氧化酶分析的内标物2-氨基嘌呤(2-AP)
公式 1:

公式 2:

3. 嘌呤的高效液相色谱测定
| 时间 | 流速 (ml/min) | %A | %B | %C | |
| 1 | 1.00 | 0.0 | 0.0 | 100.0 | |
| 2 | 16.00 | 1.00 | 0.0 | 0.0 | 100.0 |
| 3 | 17.00 | 1.00 | 100.0 | 0.0 | 0.0 |
| 4 | 22.00 | 1.00 | 100.0 | 0.0 | 0.0 |
| 5 | 27.00 | 1.00 | 0.0 | 100.0 | 0.0 |
| 6 | 32.00 | 1.00 | 0.0 | 100.0 | 0.0 |
| 7 | 33.00 | 1.00 | 100.0 | 0.0 | 0.0 |
| 8 | 38.00 | 1.00 | 100.0 | 0.0 | 0.0 |
| 9 | 39.00 | 1.00 | 0.0 | 0.0 | 100.0 |
| 10 | 45.00 | 1.00 | 0.0 | 0.0 | 100.0 |
表1. 高效液相色谱法测定嘌呤化合物的溶剂更换。
| 保留时间* | 实测 λmax* | 文献报道 λmax19 | 文献报道 εmax19 | |
| 尿酸 | ~3.5 min | 288 | 283 [2] | 11,500 [2] |
| 次黄嘌呤 | ~7.0 min | 248 | 248[1] | 10,800 [1] |
| 黄嘌呤 | ~9.5 min | 267 | 267 [2] | 10,200 [2] |
| 2-氨基嘌呤 | ~12.5 min | 305 | 314 [2] | 4,000 [2] |
表2. 嘌呤和内标物的典型保留时间及λmax。 *通过高效液相色谱(HPLC)测定,采用等度洗脱条件:50 mM 甲酸铵缓冲液(pH 5.5),流速为1 mL/min。 pH值以[ ]表示。
4. 尿囊素的气相色谱/质谱测定
5. 用于 MDA 分析的内标物甲基丙二醛(MMDA)的制备
6. MDA 的 GC/MS 测定
7. 黄嘌呤氧化酶的高效液相色谱测定
8. 代表性结果:
高效液相色谱法(HPLC)对嘌呤类化合物进行定量分析的示例如图1A所示。次黄嘌呤、黄嘌呤和尿酸具有特定的保留时间和发射波长,从而可实现嘌呤类化合物的同步定量分析(表2)。当实验操作正确时,各组分应实现良好分离,且色谱峰形尖锐、呈单峰。随后通过标准曲线将这些峰面积转换为浓度,浓度范围见表3。由于本实验的样品处理步骤极少,可能出现的唯一与样品相关的问题是红细胞裂解。若在样品离心前红细胞发生裂解,血浆将呈现橙红色,无法用于缺氧性缺血的评估。嘌呤测定过程中可能遇到的其他问题主要涉及HPLC系统和色谱柱(图1B)。若HPLC系统中存在气泡,保留时间将发生偏移,且系统压力会剧烈波动。若保护柱需要更换,则系统压力将升高,色谱峰变宽,并出现双峰或三峰现象。
| 次黄嘌呤 (μM) | 黄嘌呤 (μM) | 尿酸 (μM) | 黄嘌呤氧化酶 ((nmol 产物)/min) | 丙二醛 (μM) | 尿囊素 (μM) | |
| 足月常氧 | 1.13-19.3 (64) | 0.02-3.69 (61) | 107.20-726.12 (63) | 2.47x10-6 - 3.92x10-3 (20) | 0.44-3.76 (53) | NA |
| 足月呼吸窘迫 | 1.78-12.59 (27) | 0.07-11.8 (24) | 225.40-653.32 (27) | 0 - 1.03x10-5 (8) | 0.82-2.73 (24) | NA |
| 足月缺氧 | 0.38-31.80 (13) | 0.11-2.88 (13) | 235.65-1348.13 (13) | 1.20x10-5 -236.44 (9) | 0.95-2.15 (7) | NA |
| 早产常氧 | 1.54-4.39 (9) | 0.03-1.77 (9) | 178.92-593.49 (9) | 2.46x10-5 - 5.44x10-4 (2) | 0.95-2.74 (8) | 2.30-5.26 (67) |
| 早产呼吸窘迫 | 3.04-8.04 (2) | NA | 327.56-365.11 (2) | NA | 2.40-3.46 (3) | NA |
最小值-最大值 (n)
表3. 嘌呤、黄嘌呤氧化酶、丙二醛和尿囊素的代表性浓度范围。
图 2 展示了尿囊素 GC/MS 定量分析的一个示例。图 2。由于衍生化尿囊素和重标记衍生化尿囊素的质荷比已知,可采用选择离子监测模式在质谱中识别这些化合物。若检测操作正确,在相同的保留时间将观察到两个峰:一个对应于尿囊素(398.00 m/z),另一个对应于重标记尿囊素(400.00 m/z)。随后通过标准曲线将这些峰面积转换为浓度,浓度范围见表 3。若检测操作不当,样品未充分衍生化,则可能无法检测到峰,或峰无法准确反映定量结果。再次强调,若红细胞发生裂解,则血浆样本不能用于评估新生儿缺氧缺血性氧化应激水平。
MDA 定量结果与尿囊素相似,但两者的保留时间不同。在约 3.5 分钟的保留时间处可观察到 MDA 的 144.00 m/z 峰,而在约 4 分钟的保留时间处可观察到 MMDA 的 158.00 m/z 峰(图 3)。随后通过标准曲线将这些峰转化为浓度,范围如 表 3 所示。如果实验操作不当或样品未正确进行衍生化处理,在选择 144.00 m/z 和 158.00 m/z 时可能无法观察到任何峰。需要注意的是,若由于口服推注给药或静脉输注脂质导致血浆中脂质过量,血浆将呈现乳白色外观,此时无法用于评估新生儿缺氧缺血性氧化应激水平。
基于高效液相色谱法(HPLC)测定黄嘌呤氧化酶功能的一个示例如图4所示。若实验操作正确,荧光检测器应出现三个峰,分别对应蝶呤(pterin)、异黄蝶呤(isoxanthopterin)和2-AP。通过标准曲线,这些峰可转换为浓度,其范围见表3。在PDA检测器生成的光谱中,也应出现对应于异黄蝶呤和2-AP的峰。若酶活性缺失,则不会观察到对应于异黄蝶呤的峰。由于该实验检测的是酶的功能,样品的反复冻融可能会影响结果。


图 1. 嘌呤类化合物鉴定的 HPLC 谱图。A)若实验操作正确时的代表性结果。B)当 HPLC 系统、色谱柱或保护柱存在问题时的代表性结果。

图 2. 用于尿囊素定量的气相色谱/质谱(GC/MS)图谱。 质荷比(m/z)为398.00的离子峰对应尿囊素。质荷比(m/z)为400.00的离子峰对应重标记尿囊素。

图3. MDA定量分析的气相色谱/质谱(GC/MS)谱图。 质荷比(m/z)为144.00的离子峰对应MDA,质荷比(m/z)为158.00的离子峰对应MMDA。

图4. 黄嘌呤氧化酶活性测定的高效液相色谱图。 A) 0分钟孵育时间的代表性结果;B) 4小时孵育时间的代表性结果。注意4小时孵育时间下异黄蝶呤峰(约17分钟处)更高。在荧光光谱中,2-AP在约5分钟时首先洗脱,蝶呤在约10分钟时随后洗脱。
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本文所述方法可用于评估新生儿缺氧缺血情况。该方案结合了能量(ATP)缺乏、氧化应激、氧化损伤以及酶活性等多类标志物的检测,以全面获取反映缺氧缺血存在与否甚至其严重程度的生化图谱。尽管该方法具有实用价值,但仍存在一些潜在局限性。首先,进行全部检测需要采集约1–2 ml血液以获得足够的血浆。对于成人或儿童而言这并非问题,但在处理新生儿样本时需格外谨慎,尤其是早产儿。我们通过优先选择关键检测项目并在必要时稀释部分样品来应对这一问题。其次,MMDA的合成可能较为困难;然而,可使用氘代MDA作为MMDA的替代物,作为内标使用。
尽管存在这些局限性,所描述的方法在评估新生儿缺氧缺血以及与氧化还原稳态失衡相关的其他疾病方面仍提供了有用的工具。此外,除黄嘌呤氧化酶(XO)外,所有这些生物标志物均可在尿液中检测,从而为监测新生儿提供了一种无创手段。
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本工作由美国国立卫生研究院 R01 NR011209-03 项目资助
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 6 ml K3E EDTA K3 管 | Fisher Scientific | 2204061 | |
| 5702R 离心机 | Fisher Scientific | 05413319 | 配备 13&16MM 适配器 |
| 1.5 ml 微量离心管 | USA Scientific, Inc. | 1615-5599 | |
| 2-氨基嘌呤 | Sigma-Aldrich | A3509 | |
| Varian Cary 100 分光光度计 | Agilent Technologies | 0010071500 | |
| Savant SpeedVac | Thermo Fisher Scientific, Inc. | SC210A-115 | |
| 微孔离心滤膜装置 | Fisher Scientific | UFC501596 | |
| Supelcosil LC-18-S 色谱柱 | Sigma-Aldrich | 58931 | |
| Supelcosil LC-18-S Supelguard 保护柱及柱套 | Sigma-Aldrich | 59629 | |
| HPLC | Waters | ||
| GCMS 小瓶 | Fisher Scientific | 03376607 | |
| DL-尿囊素-5-13C;1-15N | CDN Isotopes | M-2307 | 批号 #L340P9 |
| MTBSTFA | Thermo Fisher Scientific, Inc. | 48920 | |
| 吡啶 | Sigma-Aldrich | 270970 | |
| 5973E 气相色谱/质谱检测器 (GC/MSD) | Agilent Technologies | G7021A | 5975E 气相色谱/质谱仪 (GC/MS) 的部件编号 |
| 3-乙氧基甲基丙烯醛 | Sigma-Aldrich | 232548 | |
| 氢氧化钠 | Sigma-Aldrich | S5881 | |
| 二氯甲烷 | Sigma-Aldrich | 270997 | |
| 苯 | Sigma-Aldrich | 401765 | |
| 二异丙基醚 | Sigma-Aldrich | 38270 | |
| BHT | Sigma-Aldrich | B1378 | |
| 乙醇 | Sigma-Aldrich | 459844 | |
| 苯肼 | Sigma-Aldrich | P26252 |
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