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自由基誘導解離（OAD）技術加速非靶向脂質(zhì)組學研究
本文由東京農(nóng)工大學教授、MS-DIAL*席專家Dr. Hiroshi Tsugawa，島津工程師Hidenori Takahashi，日本理化研究所Haruki Uchino，日本慶應義塾大學Omega-3脂質(zhì)組學專家Dr. Makoto Arita共同合作完成。
文章發(fā)表于COMMUNICATIONS CHEMISTRY | (2022)5:162 | https://doi.org/10.1038/s42004-022-00778-1|
一、研究背景
脂質(zhì)是生物體的基本化合物，具有多種生理功能，如細胞膜的組成部分、信號傳遞介質(zhì)、能量儲存和上皮屏障的形成。脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)多樣性是由分子骨架、極性頭基團、酰鏈、雙鍵位置等不同組合產(chǎn)生的。而雙鍵（C = C）的位置是生物系統(tǒng)中的一個關鍵因素，但尚未被全面表征。
二、研究結(jié)果
聯(lián)合研究小組使用一種結(jié)合自由基誘導解離技術（OAD）和計算質(zhì)譜（CompMS）的方法，通過提高注釋率來解決C = C位置分辨的非靶向脂質(zhì)組學問題。聯(lián)合研究小組首先分析了85種脂質(zhì)標準品，驗證了脂質(zhì)結(jié)構(gòu)和OAD-MS/MS譜圖的關聯(lián)性。結(jié)果表明，OAD可以分析不同血脂類別(磷脂、鞘脂、甘油脂、脂肪酸?；?和側(cè)鏈類型( O-?；?、N酰基、鞘脂堿骨架)內(nèi)的C=C位置。
研究團隊開發(fā)了MS-RIDD的軟件，以促進使用CID-MS/MS和OAD-MS/MS的融合數(shù)據(jù)開展非靶向脂質(zhì)組學研究。
該方法被應用于分析人類血漿和小鼠組織（肝臟、大腦、眼睛、皮膚、睪丸和糞便）的樣本，最后成功鑒定了648種脂質(zhì)物種，這些獨特脂質(zhì)達到C = C位置分辨水平。同時闡明了含有n-3和/或n-6超長鏈PUFAs(碳≥28，雙鍵≥4)的組織特異性脂質(zhì)在小鼠的眼睛、睪丸和大腦中的獨特分布。
圖1脂質(zhì)OAD解離機理概述。a. OAD解離機理b. PC 18:0/18:1(n-9)的OAD-MS/MS譜和碎片離子的推定亞結(jié)構(gòu)。鍵的解離發(fā)生在三個位置(紅色、黃色和紫色)，產(chǎn)物離子的m/z值由紅色、黃色和紫色表示。產(chǎn)物離子的理論m/z值隨化學結(jié)構(gòu)描述，而實驗m/z值和相應的ppm質(zhì)量精度在MS/MS譜折線圖中顯示。
圖2使用碰撞誘導解離(CID)和自由基誘導解離（OAD）綜合策略開展非靶向脂質(zhì)組學研究。a. LC-CID-MS/MS和LC-OAD-MS/MS的并行數(shù)據(jù)采集，綜合數(shù)據(jù)處理方法包含數(shù)據(jù)預處理，包括峰提取，峰對齊，MS/MS譜圖匹配和標注。b. MS-RIDD是確定C = C位置的核心工具。
主要算法過程包括四個步驟：(1) 基于脂質(zhì)分子信息生成理論上可能的候選結(jié)構(gòu) (2) 根據(jù)解離規(guī)則計算參考的中性丟失表 (3) 驗證每個C = C位置必要的診斷離子 (4) 通過平方根變換值計算MS/MS譜相似度，優(yōu)先考慮結(jié)構(gòu)性候選離子的強度。
三、研究結(jié)論
島津提供了一個用于深入研究脂質(zhì)分子水平的強大工具——自由基誘導解離技術（OAD），這對于理解脂質(zhì)在生物學系統(tǒng)中的作用至關重要。結(jié)合研究團隊開發(fā)的MS-RIDD軟件，實現(xiàn)了非靶向脂質(zhì)組學數(shù)據(jù)的自動化注釋和智能化處理。通過以上技術方法提高了脂質(zhì)結(jié)構(gòu)注釋的準確率，并成功地鑒定了648種獨特的脂質(zhì)，這些脂質(zhì)包含24種由LIPIDMAPS定義的脂質(zhì)亞類，并且具有C = C位置分辨水平。這項研究不僅提高了對脂質(zhì)C = C位置異構(gòu)體的表征能力，而且為疾病機制的探索、生物標志物的識別和疾病復雜病理學的闡明提供了新的技術手段。
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