质谱分析导向的低残留稳定同位素季铵化标记技术研究

This project aims to develop new stable isotope derivatization reagents and the corresponding derivative reactions for the introduction of stable isotopic labeling charge tag on the target compounds in complex biological samples, to achieve highly sensitive and specific mass spectrometric analyses directly without further separation and purification. The target compounds in complex biological samples studied in this project include: cholesterol compounds, steroids, fatty alcohols, small molecular peptides and saccharide compounds. The content of these compounds in vivo may reflect the functions of a variety of metabolic enzymes, metabolic level and disease of the human body. In this study, we would manily develope and apply quaternization reactions to add the neutral target molecules with newly formed positive charge center, which will greatly improve their mass spectrometric detection sensitivity. Moreover the most distinct advantage of this reseach is that derivatization reagents developed in this project were not ionic compounds themselves, the newly formed charge center was introduced by derivative reaction, therefore, the excess derivatization reagents have no significant interfere in subsequent mass spectrometry assays. Thus this study and the relative results would have a wide range of potential applications in the researches of metabolomics, food safety analysis and translational medicine.

本项目旨在开发新型的稳定同位素衍生化试剂及其相应的衍生化反应，对复杂生物样本中的目标化合物引入含稳定同位素标记的电荷标签，进而无需繁琐的分离和纯化步骤，就能实现对目标化合物高灵敏度和高特异性的质谱学直接检测。本项目中所研究的复杂生物样本中的目标化合物包括：胆固醇类化合物、类固醇激素、脂肪醇、小分子肽和糖类化合物。这些化合物在体内的含量变化与多种代谢酶的功能相关，可以反映人体的代谢水平和疾病情况。在具体研究中将主要发展以季铵化反应为主的衍生化反应，使中性目标分子在衍生化后产生新的正电荷中心，从而大大提高对这些化合物的质谱学检测灵敏度。另外本项目最显著的优势在于，该研究中所开发的衍生化试剂本身不是离子型化合物，新产生的电荷中心由衍生化反应引入，因此过量的衍生化试剂并不会对随后的质谱学测定产生显著干扰。本研究的成果将在代谢组学、食品安全分析以及转化医学研究中具有广泛的应用潜力。

复杂生物样本中的低极性生物活性分子分析一直是一项具有挑战性的研究工作，如何实现这些分子的高灵敏度检测和准确定量分析也是相关科研工作的重点和难点。本项目通过开发新型的稳定同位素衍生化试剂及其相应的衍生化反应，结合所采用的有机质谱学技术特点，对复杂生物样本中的目标化合物引入含稳定同位素标记的电荷标签，进而无需繁琐的分离和纯化步骤，就能实现对目标生物活性分子高灵敏度和高特异性的质谱学直接检测。本项目中所研究的复杂生物样本中的目标化合物包括：胆固醇类化合物、类固醇激素、脂肪醇、脂肪醛、氨基酸、小分子肽和糖类化合物。这些化合物在体内的含量变化与多种代谢酶的功能相关，可以反映人体的代谢水平和疾病情况。在具体研究中发展了以季铵化反应为主的衍生化反应，使中性目标分子在衍生化后产生新的正电荷中心，从而大大提高对这些化合物的质谱学检测灵敏度。另外本项目最显著的优势在于，该研究中所开发的衍生化试剂本身不是离子型化合物，新产生的电荷中心由衍生化反应引入，因此过量的衍生化试剂并不会对随后的质谱学测定产生显著干扰。本研究在代谢组学、食品安全分析以及转化医学研究中取得了一系列研究成果。