鞘脂是一类具有生物活性的代谢物,在人类疾病中具有明确的作用。通过质谱技术对组织中的鞘脂变化进行表征,有助于揭示其在疾病发病机制中的作用,或发现潜在的治疗靶点。然而,生物样本库中用于冷冻保存组织的OCT包埋剂会干扰质谱分析。本文阐述了利用液相色谱-电喷雾电离-串联质谱法(LC-ESI-MS/MS)分析嵌入OCT中的人体组织内鞘脂的实验方法。
鞘脂是一类具有生物活性的代谢物,在人类疾病中具有明确的作用。通过质谱技术对组织中的鞘脂变化进行表征,有助于揭示其在疾病发病机制中的作用,或发现潜在的治疗靶点。然而,生物样本库中用于冷冻保存组织的OCT包埋剂会干扰质谱分析。本文阐述了利用液相色谱-电喷雾电离-串联质谱法(LC-ESI-MS/MS)分析嵌入OCT中的人体组织内鞘脂的实验方法。
鞘脂是一类在人体代谢和疾病中具有明确作用的细胞组分。质谱技术可用于检测鞘脂在疾病状态下是否发生改变,并探讨其是否可作为临床干预的靶点。然而,开展具有充分统计效能的前瞻性研究,直接从手术室获取组织样本,往往耗时较长,且在技术、后勤和管理方面均面临挑战。相比之下,回顾性研究可利用生物样本库中已有的大量冷冻保存的人体组织标本。从生物样本库获取组织的其他优势还包括能够获得与标本相关的组织学、病理学信息,以及在某些情况下可获取临床病理变量,这些信息均可用于与脂质组学数据进行相关性分析。然而,由于冷冻保存过程中常用的包埋介质——最佳切割温度化合物(OCT)与质谱分析存在兼容性问题,这构成了脂质分析的技术障碍。但我们先前已证明,通过反复洗涤和离心的步骤,可轻松去除生物样本库人源标本中的OCT,且不改变其鞘脂含量。我们还曾证实,用OCT包埋并冷冻保存的人体组织中的鞘脂在长达16年内保持稳定。在本报告中,我们详细阐述了对OCT包埋的人体组织标本进行鞘脂分析的步骤与工作流程,包括组织洗涤、称重以用于数据归一化、脂质提取、液相色谱-电喷雾电离串联质谱(LC-ESI-MS/MS)分析前的样品制备、质谱数据整合、数据归一化以及数据分析。
鞘脂是一类具有生物活性的代谢物,以其在人体代谢和疾病中的作用而著称1,2。它们调控多种复杂的细胞过程,如细胞迁移、细胞存活与死亡、细胞运动、囊泡运输、细胞侵袭与转移、血管生成以及细胞因子的产生1,2,3,4,5,6,7,8,9。鞘脂代谢调控的异常可促进癌症的发生与发展,决定癌症的侵袭程度以及癌症对治疗的反应性和耐药性的形成3,10。因此,由于鞘脂在疾病病因学中具有广泛影响,能够精确定量疾病特异性鞘脂变化的分析方法显得尤为重要。质谱法(MS)是分析鞘脂变化最准确且可靠的手段。
可用于鞘脂类物质变化分析的人体样本,可前瞻性地从手术室获取,或回顾性地从组织生物样本库中获得。手术获取的新鲜组织具有优势,因其可直接用于质谱(MS)或其他分析方法检测。然而,前瞻性获取组织样本在行政管理、技术操作和后勤方面存在诸多障碍,且收集到足够数量的样本以达到统计学效力往往具有挑战性。从生物样本库获取组织的优势在于,可回顾性地大量获取样本,且样本库通常会确认组织学和病理学特征,采用标准操作程序对组织进行低温冷冻保存和存储,并可提供可用于相关性分析的临床病理数据。然而,为了保存分子和结构特征,生物样本库可能会使用最佳切割温度(OCT)包埋介质对组织进行冷冻保存,而我们已证实该介质会干扰数据归一化实验以及通过液相色谱-电喷雾电离串联质谱法(LC-ESI-MS/MS)对鞘脂类物质的定量分析11。此外,已有研究表明,OCT 包埋介质中的主要成分聚乙烯醇和聚乙二醇,在其他质谱分析平台中会导致离子抑制效应12,13,14,15。因此,在进行质谱法鞘脂组学分析前,必须将组织中的 OCT 包埋介质完全去除。
在先前的报告中,我们已验证了一种从人源样本中去除OCT包埋剂以进行液相色谱-电喷雾电离串联质谱(LC-ESI-MS/MS)分析的方案11,以及用于组织称重以实现数据归一化的方法11。本文中,我们详细描述鞘脂组学OCT包埋剂去除方案(sOCTrP)的操作步骤,并展示来自人肺腺癌肿瘤及其癌旁正常未受累组织的代表性数据。
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去标识化的人肺组织来自弗吉尼亚联邦大学(VCU)组织与数据获取及分析核心,该研究已通过机构审查委员会(IRB)批准的方案(#HM2471)。使用小鼠进行研究以及采集小鼠组织的操作已获得弗吉尼亚联邦大学机构动物护理和使用委员会(IACUC)的批准。
1. 材料准备
注意:这些步骤应在组织洗涤前一天进行。
2. 组织洗涤
注意:提前一天完成第1节中的所有步骤,可使熟练的研究人员每天处理多达40个样本,而新手每天可处理约10至15个样本。应于清晨开始操作,并持续进行,直至完成第2.1至3.8节中的所有步骤,期间不得中断。
3. 组织称重(用于数据归一化)
4. 脂质提取
注意:当需要处理大量样本时,尤其应在早晨开始这些步骤。开始前,将水浴锅或培养箱预热至 48 °C。
5. 液相色谱-电喷雾电离串联质谱分析
注意:以下实验步骤使用配备自动进样器、脱气装置和三重四极杆模式运行的液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)系统的二元泵系统。色谱柱温度通过柱温箱进行控制。有关所用设备的详细信息,请参见材料表。
6. 数据处理、整合与标准化
注意:尽管以下步骤概述了特定软件的操作流程(参见材料表),但在类似的液相色谱-质谱(LC-MS)仪器及软件上也可采用相似的流程,用于分析脂质类别及其相应内标物的多反应监测(MRM)离子对积分。
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在本实验方案中,我们详细描述了一种从冷冻保存的人体组织中去除OCT并称重组织以进行LC-ESI-MS/MS分析的方法。材料表列出了本实验所需的材料。图1展示了一项典型实验的结果,其中10例人肺腺癌肿瘤组织和10例相应的癌旁正常组织经过洗涤去除OCT后,采用LC-ESI-MS/MS进行分析。重要的是,正如我们先前研究所示11,与正常未受累的邻近组织相比,肺腺癌肿瘤组织中多种不同碳链长度的神经酰胺(图1A)和单己糖基神经酰胺(图1B)水平显著升高。
为评估OCT对第4节所述脂质提取步骤的影响,进行了对照实验:取200 mg小鼠肝脏(C57BL6;雄性;14-16周龄),重悬于2 mL磷酸盐缓冲液中,直至充分匀浆。将所得的细小肝脏悬液使用探头式超声仪进行充分超声处理(在冰上进行三轮超声,每轮1分钟,间隔1分钟,功率60%;采用微尖...
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OCT 是生物样本库中常用的长期冷冻保存试剂。然而,当组织通过多种质谱平台进行分析时,OCT 可能导致离子抑制12,13,14,15,或在样本经液相色谱-电喷雾电离串联质谱(LC-ESI-MS/MS)分析时引起信号丢失11。冷冻保存组织中的 OCT 还可能干扰组织归一化方法(如称重)以及蛋白质定量检测(如 Bradford 法和 BCA 法)11。本文中,我们提供了一种详细的去除人组织中 OCT 并随后进行质谱分析的实验方案。该方案可稍作修改,用于除肺组织以外的其他组织来源,或用于小鼠组织,正如我们先前所述11。此外,也可采用其他质谱数据归一化策略,包括我们此前描述的方法11,以及其他经过验证的...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本研究项目得到了弗吉尼亚联邦大学马西癌症中心组织与数据获取及分析核心实验室以及弗吉尼亚联邦大学脂质组学与代谢组学核心实验室的服务与支持,这些核心实验室部分由美国国立卫生研究院国家癌症研究所癌症中心支持基金P30CA016059资助。本研究工作得到了美国国立卫生研究院基金R21CA232234(Santiago Lima)的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1 mL 聚丙烯移液器吸头 | NA | NA | 用于取样标本 |
| 1.5 mL 聚丙烯离心管 | NA | NA | |
| 10 mL 锥形瓶 | VWR | 89091-116 | 用于试管和组织称重 |
| AB Sciex Analyst 1.6.2 | Sciex | NA | 用于分析和整合质谱数据的软件 |
| 甲酸铵 | 菲舍尔科学 | A11550 | 用于液相色谱流动相 |
| 分析天平 | NA | NA | 精度达 0.1 mg 的天平 |
| 瓶口分液器 | 赛多利斯 | LH-723071 | 用于分装溶剂 |
| C12-神经酰胺 (d18:1/C12:0);N-(十二烷酰基)-鞘氨-4-烯 | Avanti Polar Lipids | LM2212 | 内标物 |
| C12-葡萄糖基神经酰胺 (d18:1/12:0);N-(十二烷酰基)-1-β-葡萄糖基-鞘氨-4-烯 | Avanti Polar Lipids | LM2511 | 内标物 |
| C12-乳糖基神经酰胺 (d18:1/12:0);N-(十二烷酰基)-1-ß-乳糖基-鞘氨-4-烯 | Avanti Polar Lipids | LM2512 | 内标物 |
| C12-鞘磷脂 (d18:1/C12:0),N-(十二烷酰基)-鞘氨-4-烯-1-磷酸胆碱 | Avanti Polar Lipids | LM2312 | 内标物 |
| CHLOROFORM OMNISOLV 4L | VWR | EM-CX1054-1 | |
| ClickSeal 生物安全盖 | 赛默飞世尔科技 | 75007309 | 用于防止离心过程中产生生物危害性气溶胶 |
| Conflikt | Decon Labs | 4101 | 去污剂 |
| CTO-20A/20AC 柱温箱 | 岛津 | NA | 用于液相色谱 |
| d17:1-鞘氨醇; (2S,3R,4E)-2-氨基十七碳-4-烯-1,3-二醇 | Avanti Polar Lipids | LM2000 | 内标物 |
| d17:1-鞘氨醇-1-磷酸;十七碳鞘氨-4-烯-1-磷酸 | Avanti Polar Lipids | LM2144 | 内标物 |
| DGU20A5R 脱气装置 | 岛津 | NA | |
| 一次性培养管 13x100 mm | VWR | 53283-800 | 13x100 mm 螺口管 |
| 加热水浴锅 | NA | NA | 用于过夜脂质提取 |
| 匀浆器 150 | 菲舍尔科学 | 15-340-167 | 用于组织匀浆 |
| 匀浆器塑料一次性探头 | 菲舍尔科学 | 15-340-177 | 用于匀浆 |
| Kimwipes 纸巾 | Kimtech | 34120 | 实验室级纸巾,用于制作灯芯 |
| 甲醇 LC-MS 级 4L | VWR | EM-MX0486-1 | |
| Nexera LC-30 AD 二元泵系统 | 岛津 | NA | 用于液相色谱-质谱联用 |
| 永久性记号笔 | VWR | 52877-310 | |
| 酚醛螺纹盖,Kimble Chase(一次性培养管用盖) | VWR | 89001-502 | 13x100 mm 螺口管盖 |
| 磷酸盐缓冲液 | 赛默飞世尔科技 | 10010023 | 用于清洗后从管中取出标本 |
| 重复移液器 | 艾本德 | 4987000118 | 用于分装液相色谱-质谱内标物 |
| 螺口盖,蓝色,红色聚四氟乙烯/白色硅胶 | VWR | 89239-020 | 自动进样瓶盖 |
| 带 ID 标签的螺纹玻璃小瓶 | VWR | 46610-724 | 自动进样瓶 |
| SIL-30AC 自动进样器 | 岛津 | NA | |
| SpeedVac 浓缩仪 | 赛默飞世尔科技 | SPD2030P1220 | 用于干燥溶剂 |
| Supelco 2.1 (内径) x 50 mm Ascentis Express C18 色谱柱 | 西格玛奥德里奇 | 581300-U | 用于液相色谱-质谱联用 |
| Triple Quad 5500+ 液相色谱-串联质谱系统 | Sciex | NA | 用于液相色谱-电喷雾电离-串联质谱 |
| 超声水浴锅 | Branson | Model 2800 | 用于匀浆以及提取和干燥脂质的重悬 |
| 涡旋振荡器 | NA | NA | 用于 sOCTrP 和重悬干燥脂质 |
| VWR 一次性硼硅酸盐玻璃培养管 | VWR | 47729572 | 13x100 mm 玻璃培养管 |
| Water Hipersolve Chromanorm LC-MS | VWR | BDH83645.400 |
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