稳定同位素质谱仪在细胞代谢中的应用

用稳定同位素质谱仪直接观察活细胞中的代谢物为生物学研究提供了光明的前景，但也面临着将非靶向性峰分配给试验性代谢物候选者的严峻挑战^[1]。采用了一种结合稳定同位素示踪和诱导电喷雾质谱检测和鉴定活细胞代谢物的方法。以¹³C₆-葡萄糖和氯化铵-¹⁵N为唯一碳源和氮源进行细胞培养，可合成含有¹⁵N和 C元素的代谢产物。追踪碳和氮原子的数量可以为候选峰的搜索提供一个互补的维度。结果，在碳/氮标记和过滤的基础上，代谢物的识别置信度实现了普遍提高。为了将检测到的峰指定为试探性代谢物，使用代谢物数据库(如HMDB)搜索候选代谢物。对于直接进样质谱仪^[2]，m/z特征识别存在以下问题：(1)伪影的假阳性识别；(2)当代谢物数据库中的峰匹配时，具有相似分子量的试探性代谢物被多次指定；(3)低丰度代谢物产生低质量的质谱图，这降低了对MSMS注释的识别置信度。通过氮、碳原子的标记，主要在以下三个方面改进了候选分配。(1)与没有同位素标记的采样相比，有了同位素标记策略，许多人工离子被排除了。为了解决这个问题，使用稳定同位素质谱仪检测标记的碳和氮原子，这可以限制化学元素组成和消除假阳性候选的影响。因此提出了一种结合稳定同位素示踪和诱导电喷雾质谱仪的活体大肠杆菌细胞代谢物快速分析和鉴定的方法，该方法可以扩展生理环境中的代谢物测量能力。碳和氮原子标记和过滤获得了较高的峰指定置信度，并测量和鉴定了活大肠杆菌细胞中的125种代谢物。这里描述的方法可能对广泛的生物学研究有用，包括代谢产物转化的定量和微生物和肠道菌群中途径通量的监测。

[1] M. Hennequart, C.F. Labuschagne, M. Tajan, S.E. Pilley, E.C. Cheung, N. M. Legrave, P.C. Driscoll, K.H. Vousden, The impact of physiological metabolite levels on serine uptake, synthesis and utilization in cancer cells, Nat. Commun. 12 (2021) 6176–6180.

[2] C.S. Clendinen, M.E. Monge, F.M. Fernandez, Ambient mass spectrometry in

metabolomics, Analyst 142 (2017) 3101–3117.

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