Name: 使用稳定同位素标记 LC-TIMS-TOF MS/MS 从 头 追踪脂质 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-08-23T12:40:00.000+00:00
Duration: 7 min 12 s
Description: 了解使用稳定同位素标记LC-TIMS-TOF MS/MS技术进行脂质定量分析的方法。该技术可追踪从昆虫到人类样本中的生物量残留，为脂质组学研究提供标准化框架，并支持表观遗传学和代谢组学的未来探索。

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作者希望感谢 Cesar Ramirez 博士在初始方法开发过程中的贡献。本研究由美国国家过敏与传染病研究所（NIAID）资助，项目编号 R21AI167849，授予 FGN；同时获得捷克科学基金会（捷克共和国）项目编号 22-21244S 的资助，授予 MN。

1. 样品制备
<ol>
	<li>昆虫解剖
	<ol>
		<li>使用显微针在磷酸盐缓冲盐水溶液中解剖7日龄的Aedes aegypti蚊子卵巢。</li>
		<li>使用显微针从磷酸盐缓冲盐水溶液中收集8个卵巢，并储存在-80 ˚C的1.5 mL微量离心管中。</li>
		<li>以生物学重复的方式收集卵巢。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>脂质提取
	<ol>
		<li>向收集的8个卵巢中加入10 µL内标物（ISTD），终浓度为1 ppm。该内标物为标记脂质混合物，包含七氘代的1-十五酰基-2-油酰基-sn-甘油-3-磷酰胆碱-D7（15:0-18:1 (D7) PC）、溶血磷脂酰胆碱-D7（18:1 (D7) Lyso PC）、1-十五酰基-2-十八烯酰基-甘油-3-磷酰乙醇胺-D7（15:0-18:1 (D7) PE）、1-油酰基-2-羟基-sn-甘油-3-磷酰乙醇胺-D7（18:1 (D7) Lyso PE）、1-十五酰基-2-油酰基-sn-甘油-3-磷酰肌醇-D7（15:0-18:1 (D7) PI）、1-十五酰基-2-油酰基-sn-甘油-3-磷酰-L-丝氨酸-D7（15:0-18:1 (D7) PS）、1,2-二十五酰基-3-十八烯酰基-sn-甘油（15:0-18:1-15:0 (D7) TAG）、1-十五酰基-2-十八烯酰基-sn-甘油-D7（15:0-18:1 (D7) DAG）、2-十八烯酰基-sn-甘油-D7（18:1 MAG (D7)）、胆固醇油酸酯-D7（18:1 (D7) Chol Ester）。</li>
		<li>室温下静置至干燥。加入100 µL正丁醇/甲醇溶液和3 µL丁基化羟基甲苯。使用1.5 mL聚丙烯研磨杵手动匀浆10秒。</li>
		<li>用200 µL正丁醇/甲醇溶液冲洗研磨杵，并将冲洗液与匀浆液合并。</li>
		<li>在室温下以中等功率超声处理微量离心管30分钟。</li>
		<li>在20 °C条件下以1600 x g离心10分钟。将上清液转移至含有300 µL硅烷化玻璃插件的自动进样瓶中。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 仪器设置
<ol>
	<li>配制流动相
	<ol>
		<li>使用乙腈、水和异丙醇，按各自比例配制组成分别为30:40:30（流动相A）和10:5:85（流动相B）的流动相。在两种流动相中均加入10 mmol/L甲酸铵水溶液和0.1%甲酸，以形成缓冲条件。</li>
		<li>称取3.15 g甲酸铵溶于10 mL水中。取该溶液500 µL加入12.5 mL水中。依次转移至250 mL容量瓶中，加异丙醇至约2/3体积，旋摇混匀。</li>
		<li>加入85%甲酸250 µL，再用乙腈和异丙醇定容至250 mL刻度线，混匀。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>在质谱系统中，于屏幕左侧的质谱设置处，选择最小值为50、最大值为1850，确定扫描质量范围。
	<ol>
		<li>选择极性为正离子模式。将扫描模式选择为DIA-PASEF。为此，请选择调谐，并从先前的DDA方法中打开具有以下液相色谱参数的分析方法。
		<ol>
			<li>梯度分离条件： 
			样品进样：0% B，保持1分钟。 
			升至55% B，保持至6.4分钟。 
			升至65% B，保持至24分钟。 
			升至88% B，保持至40.8分钟。 
			升至95% B，保持至48.1分钟。 
			降至35% B，保持至56分钟。 
			降至0% B，保持至60分钟。</li>
			<li>高效液相色谱条件： 
			进样体积：5 µL 
			流速：0.25 mL/min 
			&#8203;总运行时间：60分钟，其中5分钟用于柱子预平衡。</li>
			<li>将色谱柱插入液相色谱仪以准备仪器。运行一次空白样品以清洗色谱柱并检测是否泄漏。若仪器无法维持压力或流速，则表明存在泄漏。</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>创建新方法时，请执行以下步骤（图1 和 图2）。
	<ol>
		<li>打开软件，点击连接所有仪器。若连接成功，液相系统会发出一次蜂鸣声，控制界面的状态框中将显示HyStar，且无任何错误提示。</li>
		<li>点击采集选项卡。在样品表导航器中，找到标签下拉菜单并选择一个先前的方法。</li>
		<li>复制最新的样品表。点击另存为…，将新的样品列表保存为格式：YYYYMMDD_LIP_C30_(XXXX)，其中(XXXX)为分析内容的简要描述。</li>
		<li>右键点击分离方法，选择编辑方法，然后点击编辑模块方法。</li>
		<li>点击下载。若成功，将弹出“下载成功”提示。关闭窗口，无需保存方法。</li>
		<li>在质谱设置中进入TIMS设置，选择1/k0起始值为0.70，终止值为1.85。将斜坡时间设为150 ms。此时，工作周期和斜坡速率将自动调整。</li>
		<li>在底部窗口选择源选项卡。将源类型设为ESI，端板偏移电压设为800 V，毛细管电压设为4500 V。勾选雾化气选项，压力设为4.0 bar。干燥气流速设为4.0 L/min，干燥温度设为250 °C。</li>
		<li>在源选项卡右侧选择调谐选项卡。点击常规子选项卡，在“传输”标题下确认以下参数： 
		偏转1差值：70 V 
		离子漏斗1射频：250 vpp 
		isCID能量：0 eV 
		离子漏斗2射频：250 vpp 
		&#8203;多极杆射频：500 vpp。
		<ol>
			<li>在“碰撞池”标题下确认以下参数： 
			碰撞能量：6.0 eV 
			碰撞射频：1200 vpp。</li>
			<li>在“四极杆”标题下确认以下参数： 
			离子能量：6 eV 
			低质量数：250 m/z。</li>
			<li>在“聚焦前TOF”选项卡下确认以下参数： 
			传输时间：45 µs 
			&#8203;预脉冲存储时间：5.0 µs。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>点击处理子选项卡。在“质谱峰检测”部分确认以下参数： 
		绝对阈值：667 
		&#8203;每100 ms AccuTime的绝对阈值：445。
		<ol>
			<li>在“迁移峰检测”部分确认以下参数： 
			&#8203;绝对阈值：30.00。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>点击TIMS子选项卡。在“偏移”选项卡下确认以下参数： 
		Δt1：-20 V 
		Δt2：-150 V 
		Δt3：70 V 
		Δt4：150 V 
		Δt5：0 V 
		Δt6：150 V 
		&#8203;碰撞池：300 V。</li>
		<li>在调谐选项卡右侧点击MS/MS选项卡。在“前体离子”选项卡下确认以下参数： 
		PASEF扫描次数：8 
		电荷最小值：1 
		&#8203;电荷最大值：1。
		<ol>
			<li>在“调度”选项卡下，点击高级，并确认以下参数： 
			强度：0,1500, 5000, 10000 
			重复次数：1, 10, 5, 1 
			强度阈值：1500。</li>
			<li>在“动态排除”选项卡下确认以下参数： 
			启用动态排除 
			&#8203;释放时间：0.4分钟。</li>
			<li>在“碰撞能量设置”下确认以下参数： 
			K0 (V-s/cm3)：0.70, 1.60 
			&#8203;碰撞能量 (eV)：20.00, 35.00。</li>
			<li>在“隔离宽度设置”下确认以下参数： 
			质量 (m/z)：622, 1222 
			宽度 (m/z)：1.00, 2.50。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>DIA-PASEF设置：在左侧的质谱设置扫描模式中选择DIA-PASEF。在MS/MS选项卡下选择窗口编辑器。在此确认以下参数（图3）： 
		窗口设置：质量宽度：50 Da；质量重叠：0.0 Da；计算方式：基于多边形的质量步长；迁移窗口数量：1。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 校准
<ol>
	<li>仪器校准（图4）
	<ol>
		<li>在校准子选项卡下，点击m/z，从下拉框中选择调谐混合物，然后点击右下角的校准按钮。</li>
		<li>持续点击校准，直至获得100%的校准评分。</li>
		<li>现在选择迁移率选项卡，并按照上述相同步骤操作，直到达到100%的校准评分。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>标准曲线
	<ol>
		<li>向脂质内标混合物中加入10 µL氘代内标混合物。 
		使用含10 µL氘代内标混合物的标准混合物，配制浓度范围为0.1–500 ng/mL的七个校准点。</li>
		<li>根据先前已描述的PASEF MS/MS图谱2，手动注释脂肪酸链。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>SIL标记效率
	<ol>
		<li>计算含有SIL同位素的峰面积与不含SIL同位素的峰面积之比。</li>
		<li>通过确定在任意位点发现标记原子的概率，计算理论分布模式。</li>
		<li>通过将实验测得的同位素分布图谱与数据分析软件中模拟的理论图谱进行拟合，计算SIL富集度。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>开始运行
	<ol>
		<li>点击温度计按钮以启动柱温箱。点击阀按钮以启动泵。</li>
		<li>将质谱方法设置为先前保存的方法。确认进样体积为5 µL，且第1行目标进样瓶为20:1。</li>
		<li>确保20:1号进样瓶中含有50%异丙醇/乙腈（IPA/ACN）。保存样品列表。</li>
		<li>启动序列，并确认成功进样（系统显示“已进样”消息即表示确认）。</li>
		<li>复制第1行并粘贴至下方以生成新行。根据当前实验内容填写第2行样品信息，并确保使用了自动进样器中的正确位置。</li>
		<li>若流动相为新配制，请首先进行峰形测试：注入厂商提供的脂质混合物标准品，并与先前结果进行比较2。这些标准品包括以下脂质混合物：1-十五烷酰-2-油酰-sn-甘油-3-磷脂酰胆碱（15:0-18:1 PC）、溶血磷脂酰胆碱（18:1 Lyso PC）、1-十五烷酰-2-十八碳烯酰-甘油-3-磷脂酰乙醇胺（15:0-18:1 PE）、1-油酰-2-羟基-sn-甘油-3-磷脂酰乙醇胺（18:1 Lyso PE）、1-十五烷酰-2-油酰-sn-甘油-3-磷脂酰肌醇（15:0-18:1 PI）、1-十五烷酰-2-油酰-sn-甘油-3-磷脂酰-L-丝氨酸（15:0-18:1 PS）、1,2-二十五烷酰-3-十八碳烯酰-sn-甘油（15:0-18:1-15:0 TAG）、1-十五烷酰-2-十八碳烯酰-sn-甘油（15:0-18:1 DAG）、2-十八碳烯酰-sn-甘油（18:1 MAG）以及胆固醇油酸酯（18:1 Chol Ester）。</li>
		<li>确保新增行使用正确的分离方法，而非第1行所用的预平衡方法。同时确认质谱方法正确（当天所用方法）。</li>
		<li>检查是否已加载正确的处理方法，并确保已启用运行自动处理功能。</li>
		<li>保存样品列表，以确保当前运行结束后样品能够被分析。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. 数据分析
<ol>
	<li>打开数据分析软件（图5）。在左上角点击文件按钮，然后选择打开…</li>
	<li>选择所需的文件。右键单击文件名，然后选择属性。
	<ol>
		<li>选择校准状态（图6）。在下拉框中为质谱仪选择初始校准。确保所有误差均小于1 ppm。</li>
		<li>接下来，选择初始迁移率校准，并确认误差小于1 ppm。</li>
		<li>右键单击色谱图，然后选择编辑色谱图（图6C）。在类型中，点击下拉框并选择提取离子色谱图（图6D）。在过滤器下选择所有MS，扫描模式选择全部。此设置用于查看目标分子的峰，而不仅限于其碎片峰。
		<ol>
			<li>在此下方，有两种分子选择的过滤选项：质量或分子式。如果选择质量，可选择目标分子的理论m/z值。本例中选择829.7985 m/z。如果选择分子式，则可选择分子的化学式以及色谱图中感兴趣的离子形式。本例中选择铵离子 [M+NH4]。这是由于流动相中含有铵缓冲液，有利于该离子形式的电离（图7）。</li>
			<li>宽度选择±1。极性应保持正离子模式。在迁移率下选择1.455-1.465。此设置用于滤除不在此范围内的分子，从而分离出目标分子。</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>参数选择完成后，点击右上角的添加 &#62; 确定。短暂等待后，软件将处理所选参数并输出色谱图。</li>
	<li>在目标峰起始处的基线上右键单击，按住鼠标拖动至峰的末端。此手动积分操作将实时显示该保留时间范围内的碎片质谱图。</li>
	<li>迁移谱图
	<ol>
		<li>在屏幕左侧的迁移谱图上右键单击，选择编辑迁移谱图（图8）。将弹出名为“编辑迁移谱图轨迹”的窗口。请按照步骤C.e.i.1至C.e.i.5进行操作（图9）。</li>
		<li>在保留时间中输入目标峰的保留时间。本例中为37.45-37.55分钟。</li>
		<li>参数选择完成后，点击右上角的添加 &#62; 确定。短暂等待后，软件将处理所选参数并输出迁移谱图。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>对于提取离子，重复步骤4.2.3.1-4.3.2.2，直至生成一组离子列表。</li>
	<li>在MS窗口底部，选择全扫描MS和碎片MS。这将显示全扫描和PASEF模式下的离子谱图。
	<ol>
		<li>在谱图视图中，右键单击并选择复制化合物谱图。在右侧出现的谱图数据中，可获取有关化合物的更多信息，如分辨率、分辨能力、强度以及信噪比（S/N；图10）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>数据处理
	<ol>
		<li>为处理数据，需手动积分色谱图和迁移率峰，以获得目标分子的有价值信息（图10）。</li>
		<li>右键单击查找，选择仅对色谱图或迁移谱图进行积分（图11）。左键单击并高亮所需峰。该信息包括保留时间、峰面积、信噪比（S/N）和迁移率。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

Screening Lipid Structures Using Stable Isotope Labeling

<ol><li>Stokvis, E., Rosing, H., Beijnen, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stable+isotopically+labeled+internal+standards+in+quantitative+bioanalysis+using+liquid+chromatography%2Fmass+spectrometry%3A+Necessity+or+not%5BTitle%5D)+AND+%22Rapid+Commun+Mass+Spectrom%22%5BJournal%5D)">Stable isotopically labeled internal standards in quantitative bioanalysis using liquid chromatography/mass spectrometry: Necessity or not.</a> Rapid Commun Mass Spectrom. 19 (3), 401-407 (2005).</li>
<li>Tose, L. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coupling+stable+isotope+labeling+and+liquid+chromatography-trapped+ion+mobility+spectrometry-time-of-flight-tandem+mass+spectrometry+for+de+novo+mosquito+ovarian+lipid+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Coupling stable isotope labeling and liquid chromatography-trapped ion mobility spectrometry-time-of-flight-tandem mass spectrometry for de novo mosquito ovarian lipid studies.</a> Anal Chem. 94 (16), 6139-6145 (2022).</li>
<li>Meier, F., Park, M. A., Mann, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trapped+ion+mobility+spectrometry+and+parallel+accumulation-serial+fragmentation+in+proteomics%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Cell+Proteomics%22%5BJournal%5D)">Trapped ion mobility spectrometry and parallel accumulation-serial fragmentation in proteomics.</a> Mol Cell Proteomics. 20, 100138(2021).</li>
<li>Basit, A., Pontis, S., Piomelli, D., Armirotti, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ion+mobility+mass+spectrometry+enhances+low-abundance+species+detection+in+untargeted+lipidomics%5BTitle%5D)+AND+%22Metabolomics%22%5BJournal%5D)">Ion mobility mass spectrometry enhances low-abundance species detection in untargeted lipidomics.</a> Metabolomics. 12 (3), 50(2016).</li>
<li>Meier, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Online+parallel+accumulation-serial+fragmentation+%28PASEF%29+with+a+novel+trapped+ion+mobility+mass+spectrometer%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Cell+Proteomics%22%5BJournal%5D)">Online parallel accumulation-serial fragmentation (PASEF) with a novel trapped ion mobility mass spectrometer.</a> Mol Cell Proteomics. 17 (12), 2534-2545 (2018).</li>
<li>Koopmans, F., Ho, J. T. C., Smit, A. B., Li, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+analyses+of+data+independent+acquisition+mass+spectrometric+approaches%3A+DIA%2C+WiSIM-DIA%2C+and+untargeted+DIA%5BTitle%5D)+AND+%22Proteomics%22%5BJournal%5D)">Comparative analyses of data independent acquisition mass spectrometric approaches: DIA, WiSIM-DIA, and untargeted DIA.</a> Proteomics. 18 (1), 1700304(2018).</li>
<li>Fernández-Costa, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+the+identification+strategy+on+the+reproducibility+of+the+DDA+and+DIA+results%5BTitle%5D)+AND+%22J+Proteome+Res%22%5BJournal%5D)">Impact of the identification strategy on the reproducibility of the DDA and DIA results.</a> J Proteome Res. 19 (8), 3153-3161 (2020).</li>
<li>Prakash, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hybrid+data+acquisition+and+processing+strategies+with+increased+throughput+and+selectivity%3A+PSMART+analysis+for+global+qualitative+and+quantitative+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22J+Proteome+Res%22%5BJournal%5D)">Hybrid data acquisition and processing strategies with increased throughput and selectivity: PSMART analysis for global qualitative and quantitative analysis.</a> J Proteome Res. 13 (12), 5415-5430 (2014).</li>
<li>Tsou, C. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DIA-umpire%3A+Comprehensive+computational+framework+for+data-independent+acquisition+proteomics%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Methods%22%5BJournal%5D)">DIA-umpire: Comprehensive computational framework for data-independent acquisition proteomics.</a> Nat Methods. 12 (3), 258-264 (2015).</li>
<li>Triebl, A., Wenk, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analytical+considerations+of+stable+isotope+labelling+in+lipidomics%5BTitle%5D)+AND+%22Biomolecules%22%5BJournal%5D)">Analytical considerations of stable isotope labelling in lipidomics.</a> Biomolecules. 8 (4), 151(2018).</li>
</ol>

Matthew Willetts 和 Melvin A. Park 是布鲁克达科尼克公司（Bruker Daltonics Inc）的员工，该公司是 timsTOF 商用仪器的制造商。作者声明不存在竞争性财务利益。

在评估本方案的应用时，必须确保DIA-PASEF和MS/MS参数适用于目标甘油三酯。具体而言，迁移率窗口及其宽度应遵循甘油三酯的分布模式。这可通过先前使用DDA方法的运行结果来确定。在追踪内标中的甘油三酯时，DIA设置的窗口应覆盖所有预先鉴定的目标分子。所有窗口应具有相同的尺寸，且其范围需落在目标化合物的m/z和1/k0范围内（图7）。若窗口尺寸设置不当，将导致需要碎裂的离子被跳过，所得谱图的重复性会降低。本质上，若脂质组学中未对窗口范围进行适当优化，DIA结果将无法提升DDA数据的质量。窗口应呈现逐步递进的形态，以支持数据采集过程。若未达到此要求，则应调整DIA-PASEF窗口设置中的参数，使其能够代表完整的脂质谱型。若缺少此步骤，关键脂肪酸将被遗漏，无法在所获取的数据中体现。
仪器限制主要源于液相色谱-质谱（LC-MS）方法本身，包括峰宽的多重检测限制。因此，必须优化洗脱峰以实现准确的定量分析，并在数据采集过程中提高选择性。通常情况下，这依赖于选择特定的前体离子，例如数据依赖性采集（DDA）方法。然而，在数据非依赖性采集（DIA）中，不进行前体离子的选择，因而存在仪器选择性不足的风险8。尽管DIA方法可实现更充分的碎片化，但仍存在若干局限性。其中最显著的问题是前体离子选择性的降低。DIA方法的隔离窗口通常比典型的DDA方法宽5至10倍。因此，尽管能够获得更多的碎片信息，但可能降低仪器的占空比和连续采集效率。这一现象在采用阶梯式四极杆的质谱仪中尤为明显。由于未对前体离子及其需碎裂的子离子进行选择，系统会依次循环扫描固定的隔离窗口，以覆盖整个m/z范围。由于该窗口远大于典型DDA方法所用范围，为尽可能提高灵敏度，必须使用更宽的扫描范围9。这种连续扫描模式的问题导致了整体灵敏度的下降。第二个局限性涉及谱图库的构建：该过程耗时较长，且需要大量样本才能建立完整的谱图库。虽然可以使用外部谱图库，但不同实验条件和仪器平台之间的碎片化模式可能存在差异10。
在使用稳定同位素标记分析脂质数据时，必须尽量减少生物体内其他分子的干扰。这可通过使用高分辨分析工具（如LC-TIMS-TOF-MS/MS2）来实现。目前，与传统方法相比，利用这些高分辨工具将标记同位素与背景噪声分离仍属较新的技术。传统的仪器方法采用气相色谱分离，随后进行化学电离或电子电离，从而实现与五氟苄基溴的化学衍生化或通过电子电离产生碎片。近年来，液相色谱-质谱（LC-MS）才开始应用于同位素研究。高分辨质谱仪的使用可实现高质量精度，并能够利用多种同位素标记而非单一同位素进行多示踪剂研究。若仪器不具备高分辨能力，则无法区分不同的标记程度，例如13C2与13C。因此，相较于分辨率较低的传统仪器，高分辨仪器可在单次运行中提供更丰富的信息10。
尽管DIA的重现性优于DDA，但其他新兴的数据采集方法也可与之媲美。诸如p-SMART等混合DIA-DDA策略能够结合两种方法的优势，在保持高水平靶向定性分析的同时，实现优异的检测与定量能力。在该方法中，使用一个匹配的产物离子可提高DIA的灵敏度和选择性，因为与广泛的非靶向方法相比，它能够缩小DIA的扫描窗口8。在脂质组学中，甘油三酯的结构可能因其异构体结构而有所不同。PASEF技术能够可视化多种碎片模式，从而改善物种鉴定2。通过使用DIA-PASEF，增加的碎片化可提供有关异构体的信息，产生大量与其他碎片相似的碎片，而这些信息通常因DDA方法的局限性而无法解析。这些信息为蚊子卵巢中存在的脂肪酸种类提供了证据。该方法可应用于其他生物中开展的de novo脂质研究。

在分析脂质数据时，稳定同位素标记（SIL）是一种评估生物体内代谢途径的有效方法。该方法通过用13C或2H等稳定同位素替代分析物中的原子，使这些同位素进一步整合到前体分子中，并最终嵌入脂肪酸，从而标记其所在区域。利用这些同位素，可以识别脂质的分布与代谢情况，因为它们会与未标记的背景形成对比1。常规质谱平台无法区分来自内源性分子的信号2。SIL的成功实施依赖于超高清分辨率分析工具的使用。液相色谱联用高分辨捕获离子淌度谱-并行累积串联碎片化-飞行时间串联质谱（LC-TIMS-PASEF-TOF-MS/MS）能够实现标记与非标记物种的分离2。LC-TIMS-PASEF-TOF-MS/MS分析的优势在于，质谱信号可通过保留时间（RT）和离子淌度进行过滤，从而减少内源性分子可能带来的干扰，并实现所有目标物种的定量与分离2。在TIMS中，离子首先被固定在气体流动相的反向作用下保持静止，随后根据其淌度依次释放。该技术在比早期离子淌度仪器更低的电压下运行，即可获得高分辨率的淌度图谱3。淌度图谱是质荷比相对于漂移时间的图示，可用于根据化合物的漂移时间和重叠程度来区分不同化合物4。
通过采用额外的PASEF技术，测序速度显著提高，同时不牺牲灵敏度5。PASEF的原理涉及离子的累积，随后按照其迁移率顺序依次释放。该过程通过将离子按迁移率平行排列进行累积来实现。以这种方式累积可防止离子丢失。此外，前体离子的选择与离子的累积和释放同时进行。采用该方法，PASEF在每次TIMS扫描过程中连续选择多个前体离子，而非常规TIMS仪器每扫描一次仅选择单个前体离子。当前体离子在约100毫秒每帧的TIMS扫描中以2毫秒的峰宽被同时累积并释放时，信号被放大了一个数量级以上，从而显著提高了信噪比3。将PASEF技术引入TIMS可提高MS/MS的效率。当TIMS-PASEF与MS/MS联用时，可实现更高效的碎裂。与传统的MS/MS检测不同，前体信号由TIMS-PASEF压缩，而碎片离子的检测则与前体离子的TIMS洗脱时间及其离子迁移位置同步进行3。
在从质谱仪获取数据时，可选择所需的扫描模式。数据依赖性采集（DDA）根据MS1扫描中离子的丰度选择前体离子，随后对其进行碎裂并执行MS2扫描。该扫描模式会尽可能多地碎裂前体离子。DDA方法具有靶向性，其结果取决于离子的选择3。然而，DDA-PASEF在重复样本之间的重现性方面常存在问题。尽管DDA在靶向分析中是一种有效的工具，但在处理复杂混合物时其数据采集面临更大挑战6。这是因为同一时间只能监测少量离子3。数据非依赖性采集（DIA）是一种将预设m/z窗口内的离子无论其强度如何均独立进行碎裂，并在指定范围内对所有离子进行扫描的方法7。在此扫描模式下，整个离子云可从离子淌度谱（IMS）完整传输至质谱仪3。在蛋白质组学研究中，与DDA相比，DIA可在更短时间内定量更多的蛋白质。此外，DIA相比DDA遗漏的m/z值更少。因此，该替代方法在信噪比和定量准确性方面表现出更优的数据重现性。在本研究中，我们的目标是将DIA应用于Tose等2报道的方法。通过结合DDA与DIA采集策略，我们提高了信号的重现性和强度，从而在生物样品中SIL脂质的动员、分布与代谢方面获得了更深入且更具结论性的信息。

<table><tbody><tr><td>Accucore C30 色谱柱</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>27826-252130</td><td></td></tr><tr><td>Bruker Compass Data Analysis</td><td>Bruker Daltonics Inc</td><td>2363525870</td><td>版本 5.2</td></tr><tr><td>d-葡萄糖-13C6</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>389374</td><td></td></tr><tr><td>微量离心管（eppendorf 管）</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-282-300</td><td></td></tr><tr><td>EquiSplash Lipidomix</td><td>Avanti Polar Lipids</td><td>330731-1EA</td><td></td></tr><tr><td>玻璃小瓶</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>11-417-236</td><td></td></tr><tr><td>重水 (2H2O)</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>1.13366</td><td></td></tr><tr><td>聚丙烯研磨杵</td><td>Fisher Scientific</td><td>BAF199230001</td><td></td></tr><tr><td>Prominence LC-20 CE 超快速液相色谱仪</td><td>Shimadzu</td><td>L20234651907</td><td></td></tr><tr><td>硅烷化玻璃插件</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>03-251-826</td><td></td></tr><tr><td>蔗糖-13C12</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>605417</td><td></td></tr><tr><td>timsTOF</td><td>Bruker Daltonics Inc</td><td>1.84443E+11</td><td></td></tr><tr><td>Tuning Mix 校准标准品</td><td>Agilent Technologies</td><td>36</td><td></td></tr></tbody></table>

示踪 从头合成 使用稳定同位素标记的液相色谱-传输区离子淌度-飞行时间质谱/质谱分析脂质

Tracing de novo Lipids using Stable Isotope Labeling LC-TIMS-TOF MS/MS

脂质具有高度多样性，其结构和组成的微小变化都可能对关键的生物学功能产生深远影响。稳定同位素标记（SIL）在研究脂质分布、动员和代谢方面具有多项优势，以及 从头合成 脂质合成。稳定同位素标记（SIL）技术的成功实施需要去除内源性分子的干扰。在本研究中，我们描述了一种用于从生物样本中高通量筛选SIL脂质的分析方案；并将展示脂质 从头合成 蚊媒卵巢发育过程中的鉴定。利用互补的液相色谱-离子淌度谱-质谱联用技术，可在单次扫描中从单个样品实现脂质的分离与鉴定&lt;1 h）。该方法利用了数据依赖性采集和数据非依赖性采集的最新进展，通过在迁移率陷阱中进行平行累积，随后进行连续碎裂和碰撞诱导解离。在脂肪酸链水平上对稳定同位素标记（SIL）的测定揭示了蚊子卵巢发育过程中脂质动态的变化。脂质 从头合成 根据保留时间、迁移率和碎片化模式，可明确指认这些结构。

稳定同位素标记有助于在雌性蚊子卵巢脂质动态研究中可视化甘油三酯。在二维迁移率图谱中，甘油三酯48:1出现在具有特定保留时间的区域，对应于迁移率1/K0。甘油三酯的强度可通过更深的蓝色线条来显示。其他斑点代表在卵巢中发现的其他甘油三酯。由于质量与结构的差异，保留时间与迁移率各不相同，因此在图谱的不同区域呈现。这些差异在区分样品中的甘油三酯时至关重要（图12A，B）。对该区域放大的质谱投影显示，48:1甘油三酯离子与质荷比为822 m/z的铵离子结合。其他甘油三酯（如50:2和52:3）也可被观察到，但由于结构、尺寸和碎片化差异，出现在更高的m/z区域（图12C，D）。在此示例中，我们关注分析氘标记的同位素。对TG 48:1区域进一步放大以观察同位素标记的离子。随着离子上氘原子数量的增加，峰强度逐渐降低，这是由于高氘标记离子的出现频率较低所致。每增加一个氘原子，由于质量增加，m/z比值略有上升。这些强度将进一步确定样品中每种同位素的含量。
在分析质谱图中碎片的强度时，必须将未标记的同位素与用2H标记的同位素进行比较（图12E）。蓝色表示未标记的强度，虚线黑色线表示理论强度。红色显示的是同位素标记后的结果，其强度高于未标记和理论强度。同位素标记物种的富集导致其强度高于未标记的理论物种。更高的强度使得由于明显的差异而能够可视化甘油三酯。碎片化在脂质鉴定中也起着关键作用，因为PASEF相比全扫描MS/MS可提供更强的碎片化。这是因为脂质链中的脂肪酸可能以不同的模式发生断裂，因此谱图中的峰线反映了甘油三酯断裂过程所产生的碎片强度（图12F）。这提供了有关脂肪酸的结构信息，并有助于确定样品中存在哪种异构体。在分析DIA方法的数据时，碎片数量会增加，从而获得比典型的DDA方法更优的MS/MS扫描结果和更准确的鉴定效果。
<img alt="色谱分析；显示化学化合物数据处理和色谱图结果的示意图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65590/65590fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图1"> 
图1：软件的典型主界面。 主界面可用于创建方法并启动仪器。(A) 包含TIMS和MS/MS控制设置的软件界面。屏幕底部为源选项卡，用于编辑仪器上的相关控制参数。(B) 打开调谐选项卡的软件界面。(C) 在此界面中，用户可准备对仪器进行常规调谐。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65590/65590fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="色谱设置、方法参数、系统控制界面、实验数据分析步骤。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65590/65590fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 2"> 
图 2：软件界面显示已打开调谐选项卡。在此可编辑处理调谐参数。 （A）软件界面显示已打开调谐选项卡。在此可编辑仪器 TIMS 部分的调谐参数。（B）软件界面显示屏幕底部已选中 MS/MS 选项卡。（C）在此可编辑串联质谱仪的参数。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65590/65590fig02large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="色谱图的质谱数据分析；强度 vs. m/z 图；方法设置面板。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65590/65590fig03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 3"> 
图 3：用于选择 DIA-PASEF 窗口宽度的界面。 在此界面中，用户可编辑丰度的颜色以及数据采集窗口的大小。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65590/65590fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="质谱数据分析、校准界面、色谱图、质谱峰、发射结果。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65590/65590fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 4"> 
图 4：按照质荷比（m/z）对质谱仪进行校准。选择参考列表进行校准。（A）在右下角点击校准按钮，直至出现可接受的数值。按照迁移率对离子迁移谱仪进行校准。选择参考列表进行校准。（B）在右下角点击校准按钮，直至出现可接受的数值。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65590/65590fig04large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="光谱数据分析软件界面；具有数据输入和分析菜单选项。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65590/65590fig05.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 5"> 
图 5：数据分析软件的典型主界面。 要打开文件，需点击左上角的 文件 按钮，以显示包含选项的下拉菜单。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65590/65590fig05large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="瞬态吸收光谱数据分析；软件界面屏幕；图形显示；拟合结果。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65590/65590fig06.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图6"> 
图6：数据分析软件。 软件界面显示校准成功，其中（A）为如何选择校准结果，（B）为选择校准类别。（C）为选择待分析的色谱图，（D）为选择提取离子色谱图。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65590/65590fig06large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="色谱软件界面、提取离子色谱图设置、质谱分析。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65590/65590fig07.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图7"> 
图7：弹出窗口。 通过（A）质量过滤器和（B）分子式过滤器选择并提取离子色谱图的弹出窗口。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65590/65590fig07large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="用于化合物鉴定的质谱分析界面、色谱图和数据峰。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65590/65590fig08.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 8"> 
图 8：数据分析软件。 软件界面中，在左侧选择了一个迁移谱图用于分析。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65590/65590fig08large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="质谱数据处理界面；提取的离子迁移谱图；分析设置。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65590/65590fig09.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 9"> 
图 9：迁移谱图弹出窗口。 通过（A）质量过滤器和（B）分子式过滤器选择提取离子迁移谱图的弹出窗口。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65590/65590fig09large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="使用质谱法进行色谱数据分析；用于化合物检测的色谱图和提取离子流图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65590/65590fig10.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 10"> 
图 10：数据分析界面。（A）软件界面；左侧高亮区域可用于生成提取离子列表。（B）数据分析界面，底部为提取离子所得的化合物质谱图。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65590/65590fig10large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="色谱数据分析；软件界面；保留时间图；HPLC结果。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65590/65590fig11.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 11"> 
图11：数据分析界面。 该软件界面展示了对化合物光谱进行手动积分的结果。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65590/65590fig11large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="含有TG 48:3结构、保留时间、同位素分布模式和质谱图的脂质分析示意图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65590/65590fig12.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图12"> 
图12：LC-TIMS MS 结果。（A）饲喂2H标记蔗糖饮食后第4天的LC-TIMS MS图谱，可在二维迁移率域中观察到昆虫卵巢组织。（B）来自标记样品中对应于TG 48:1、TG 50:2和TG 52:3信号的典型MS投影图。（C）质谱区域822–827 m/z 的放大图，显示标记TGs的分布谱型。（D）特别注意红色标注的MS峰，其为放大的同位素分布谱。（E–F）2H标记的同位素分布谱以红色高亮显示；下方未标记的同位素分布谱以蓝色高亮显示。理论同位素分布谱以虚线表示（13C为黑色；2H为绿色）。右上方还展示了甘油三酯TG 48:3的一种可能结构。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65590/65590fig12large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的高清版本。</a>

本文介绍了一种通过稳定同位素标记，结合保留时间、迁移率和碎片化特征来筛选脂质结构的方法。

脂质具有高度多样性，其结构和组成的微小变化都可能对关键的生物学功能产生深远影响。稳定……

本研究旨在利用稳定同位素标记对脂质血样样本进行更精确的定量分析，从而帮助我们理解从昆虫到人类等高度多样化样本中的脂质谱。目前，在脂质组学研究中，液相色谱-迁移率-飞行时间质谱（LC-TIMS-TOF MS/MS）技术的标准化方面仍存在空白。在此，我们提供了一种用于追踪生物质残留的方法。未来，我们的研究将利用 LC-TIMS-TOF MS/MS 结合 DDA 和 DIA 方法，探究该生物过程中存在的表观遗传学和代谢组学特征。开始进行 LC-TIMS-TOF MS/MS 的质谱仪（MS）校准时，打开 TIMS 控制软件，在校准子选项卡下，点击 M over Z，从下拉框中选择调谐混合物（tuning mix），然后单击右下角的“校准”按钮。持续点击校准，直至达到100%的评分。现在选择迁移率选项卡，并按照演示的相同步骤操作，直到校准评分达到100%。为生成校准曲线中的每个校准点，向脂质内标混合物中加入10 µL氘代内标混合物。在所需范围内制备七份此类加标样品，用于七个校准点。使用数据分析软件，根据被动二级质谱（MS/MS）图谱手动标注脂肪酸链。为确定稳定同位素标记（SIL）效率，计算含有稳定同位素标记（SIL）的峰面积与不含SIL的峰面积的比值。通过确定在任意位点找到标记原子的概率，计算理论谱型。使用数据分析软件将实验同位素谱图与模拟的理论谱型进行拟合，从而计算稳定同位素标记（SIL）的富集度。启动运行时，单击温度计按钮以启动色谱柱温箱，并单击阀门按钮以启动泵。将质谱方法设置为先前保存的适当方法。确认进样体积为5 µL，并将第一行目标样品瓶设置为20至1，保存样品列表。启动序列，并通过系统显示的“已进样”消息确认进样成功。复制第一行并将其粘贴在下方以生成新的第二行。根据实验需要在第二行中添加样品，并确保使用自动进样器中的正确位置。如果流动相为新配制，请首先使用生产商提供的脂质混合标准品进行峰形测试，以便与先前结果进行比较。屏幕上显示脂质混合物和标准品。确保新添加的色谱线使用正确的分离方法，而非第一条线所用的预平衡方法。确认输入的质谱（MS）方法正确无误。检查是否已加载正确的处理方法，并确保已启用运行自动处理流程。保存样本列表，以确保在当前运行结束后对样本进行分析。首先，打开数据分析软件。在左上角，单击文件按钮并选择打开。要选择所需文件，请右键单击文件名并选择属性，然后选择校准状态。在下拉框中选择质谱仪的内标校准。确保所有误差均小于百万分之一。然后选择离子淌度内标校准，并确认误差小于百万分之一。接下来，右键单击色谱图并选择编辑色谱图。在“类型”中，点击下拉框并选择提取离子色谱图。在“滤镜”下，选择所有质谱（MS），在扫描模式中选择“全部”，以查看目标分子的峰，而不仅限于其碎片离子。分子筛选有两种滤波选项：质量或分子式。若选择质量，请选定目标分子的理论质荷比（M/Z），本例中为829.7985。若选择分子式，请选定目标分子的分子式及其离子形式，本例中为铵离子（ammonium）。对于宽度，选择正负一。对于极性，确保保持正离子模式。在迁移率设置中，选择1.455至1.465，以分离目标分子并过滤掉不在此范围内的分子。选择参数后，单击“change”，然后单击右上角的“OK”。短暂等待后，软件将处理所选参数并输出色谱图。在目标峰起点的基线处单击鼠标右键，按住并拖动至峰的末端，即可获得该保留时间内片段的实时质谱图。在屏幕左侧的迁移谱图上单击右键，然后选择“编辑迁移谱图”。此时将出现一个名为“编辑迁移谱图轨迹”的窗口。请按照之前演示的步骤进行操作。对于保留时间，请输入目标峰的保留时间。参数选择完毕后，单击“添加”，然后单击右上角的“确定”。等待软件处理所选参数并输出色谱图。为提取离子，请重复之前演示的步骤，直至生成离子列表。在质谱窗口底部，选择“profile MS”和“fragment MS”，以在被动模式下全扫描获得离子的谱图视图。对于谱图视图，右键单击并选择“copy compound spectrum”以复制化合物谱图。右侧显示的谱图数据可提供有关化合物的更多信息，例如分辨率、分辨能力、强度以及信噪比。为处理数据，需手动积分色谱图和迁移率峰，以获得目标分子的有价值信息。右键单击“查找”，然后手动选择色谱图或迁移图中的化合物。左键单击并高亮选择目标峰。获得的信息包括保留时间、峰面积、信噪比和迁移率。

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使用稳定同位素标记 LC-TIMS-TOF MS/MS 从 头 追踪脂质

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