2011年10月25日，賽默飛世爾科技“藥物代謝研究新流程Quanformation”網絡講座在分析測試百科網舉行。此前，賽默飛世爾科技舉行已經在分析測試百科網舉行了三次Q-Exactive系列講座，分別是“四極桿-軌道阱質譜儀的特性和功能”、“Q-Exactive -蛋白組學研究的綜合平臺”、“新型軌道阱質譜 -解決食品安全難題”。今天，賽默飛世爾科技色譜質譜部應用工程師江錚著重為網友們介紹了能夠同時定性定量的Q-Exactive系統在代謝研究中能夠發揮的獨特作用。
Q-Exactive系統
什么是代謝物研究新流程Quanformation？
同時定性定量的代謝物分析流程Quanformation，主要基于Q-Exactive四極桿高分辨軌道阱技術，將定性和定量分析合二為一。
傳統的代謝研究將定性和定量分開進行。標準定量工作流程中，通常需要獲得母藥或者代謝物的對照品，優化質譜參數，采集數據，建立一個定量分析方法，對樣品進行定量分析；標準定性工作流程中，主要用離子阱高分辨質譜，先建立一個通用的數據采集方法采集數據，然后進行數據處理，這通常要花費很長的時間。傳統方法將定性和定量分開主要是分析技術的限制，四極桿著重定量分析，離子阱著重定性分析。
基于Q-Exactive的Quanformation流程，可以同時獲得準確的定性數據和靈敏的定量數據。首先建立一個全掃描數據采集方法，樣品制備完成后，用Q-Exactive進行數據采集（可選擇高分辨全掃描、以及高分辨和二級高分辨的交替掃描、正負離子交替全掃描方式），然后用專業的代謝物鑒定軟件進行數據分析，最終獲得定性和定量結果。
Quanformation流程最大的優點就是：只需要一套質譜系統，只需要建立一種儀器數據采集的方法，只需要進一次樣，就可以同時獲得定性和定量數據，可大大節省時間和經濟成本。
Quanformation流程的研究平臺Q-Exactive為什么能用于代謝研究？
代謝物分析過程中，具有代謝物樣品基質復雜、代謝物及母藥含量差異大、待測化合物結構迥異等特點，必然對質譜有特殊的要求——能夠區分質量數相近的代謝物和去除基質干擾的高分辨率，能夠準確地定性目標及非目標代謝物的高質量精度，能夠保證低濃度代謝物的檢出和定量準確度的有高靈敏度，使得共流出的待測組分均能獲得良好的質量精度的寬動態范圍，等等。代謝物研究中的諸多的問題，Q-Exactive為什么可以解決？
Q-Exactive適用于代謝物研究的優勢
首先，Q-Exactive具有超高分辨率。對于復雜基質中痕量組份的定性，分辨率是關鍵，因為代謝物的精確質量數及同位素分布受共流出的其他化合物影響。這是由于存在基質本身的干擾、同質異素化合物的干擾、其他化合物同位素峰的干擾。那么，至少需要50,000以上的分辨率。 Q-Exactive的分辨率最高達140,000。其次，Q-Exactive質量精度高且穩定性好，同時具有多種數據采集模式（高分辨MS和MS/MS全掃描、正負切換掃描、DDPT數據關聯掃描、NL Scan中性丟失掃描、T-HCD高靈敏度定量掃描）。
Q-Exactive多種數據采集模式
可見，Q-Exactive適用于代謝研究的優勢具有其獨特的優勢。一方面，混合型質譜的硬件特點，覺得了高分辨靜電場軌道FT Orbitrap質譜可實現精確質量數測定， 四極桿質量分析器可進行母離子選擇， HCD高能碰撞池提供豐富的脆片信息。另一方面，同時定性和定量分析的功能特點，決定了高分辨率下的MS全掃描用于定性篩選和基于全掃描的定量分析，高分辨率下的MS/MS全掃描能夠進行定性確證，還能夠針對復雜基質中痕量組分的高靈敏度定量分析（t-HCD）。
Q-Exactive針對代謝研究的解決方案
Q-Exactive用于代謝物鑒定的工作流程
Q-Exactive針對代謝研究的解決方案主要包括數據采集和數據處理兩個部分。在數據采集過程中，包括多種數據掃描方式，在獲得一級或者二級高分辨數據時，可以使用質量虧損過濾、背景扣除將不需要的信息扣除，留下感興趣的代謝物信息，接著用同位素分布過濾或提取離子流等手段對所需要的數據進行提取。對于反應性的代謝產物，則可以用中性丟失過濾進行尋找。
基于Orbitrap高分辨質譜的反應性代謝產物鑒定流程
Q-Exactive可以勝任的代謝相關研究包括：
1. 代謝穩定性篩選：高分辨質譜全掃描對代謝物進行同時定性和定量掃描分析；
2. 藥代動力學研究：對主要的循環代謝產物進行定量分析，并進行定性確證；
3. 藥物代謝物鑒定：“柔點”分析；
4. 反應性代謝產物的篩查和鑒定；
5. 復雜基質中痕量外源性代謝物的鑒定。
實例——Q-Exactive對雷公藤甲素代謝物鑒定
雷公藤是臨床上治療類風濕性關節炎的主要用藥，但毒性很強，臨床主要表現為肝腎毒性；雷公藤甲素是雷公藤的主要藥理成分，研究雷公藤甲素的代謝物，特別是反應性代謝物，對將誒少雷公藤的肝腎毒性有重要意義。
目前，雷公藤主要藥理成分的代謝物研究物文獻報道。雷公藤甲素代謝物研究的難點在于：在譜離子化效果不佳，響應強度不高。江錚工程師為大家介紹了在Q-Exactive平臺上建立的研究流程，通過該流程一共檢出78種代謝產物。
雷公藤甲素代謝物鑒定工作流程
可見，Q-Exactive的同時定性定量、超高分辨率、高質量精度、高靈敏度極、提供豐富的化合物二級碎片信息的HCD高能碰撞池，以及適用于代謝物研究的多種掃描模式，足以讓它在代謝物分析中大顯身手。
通過賽默飛世爾科技Q-Exactive的系列講座，從食品安全到蛋白質組學，再到代謝物鑒定，展示了Q-Exactive的強大功能和廣泛應用。或許，“這就是Q-Exactive稱之為Q-Exactive的理由？”
本次講座更多詳細信息，請點擊下載視頻：http://www.antpedia.com/corp/data-1240.html
相關產品：Q-Exactive臺式FT軌道阱質譜儀
Q & A
網友：Q-Exactive和三重四極桿質譜在體內藥代動力學定量分析上主要有哪些區別？
江錚工程師：進行定量分析時主要還是會選擇三重四極桿，Q1選擇母離子，Q2中打碎，Q3選擇子離子進行監測，這種SRM或者MRM的定量模式具有高選擇性和高靈敏度的定量結果，缺點是需要標準品對質譜參數進行優化，只能對目標化合物定量，靈敏度和檢測化合物的數量有關。高分辨定量采用的是全掃描的方式，不需要標準品對質譜參數優化，可以對代謝組分進行定量分析，全掃描模式即使同時定量上百種化合物也不會影響靈敏度。
網友：對于新藥的未知代謝物鑒定建議采用哪些掃描方式？
江錚工程師：由于新藥的代謝物基本都是未知的，首先數據采集要獲取盡可能多的代謝物信息，建議先進行正負離子切換掃描，這是因為有些代謝物在正離子模式下信號比較好，另一些在負離子模式下信號比較好。正負切換可以獲得最全面的數據。同時還可以進行數據關聯的top3的二級碎片離子分析，可以幫我們對未知化合物進行篩查。一些反應性代謝產物可以采用中性丟失這類掃描方式，同時配合專業鑒定軟件，多方位鑒定代謝物。
網友：數據分析中，是否有譜庫檢索？是不是有類似GCMS那種譜庫去檢索數據分析？
江錚工程師：GCMS是有一個標準譜庫的，GCMS由于是標準的離子源，碎裂能量也是一樣的，因此譜圖有重現性。LCMS譜圖的重現性比較差，目前沒有一個標準的譜庫，建議在我們自己實驗室可以用我們自己的儀器和標準品建一個自己實驗室的譜庫。對于Thermo Fisher 來說，在實驗室之間，用相同儀器的話，數據庫是可以共享的，因為我們的譜圖重現性是很好的。
網友：如何進行質量校正？如何保持質量軸的精度？
江錚工程師：非常好的問題。質量校正對于高分辨質譜是非常重要的，質量軸精度對于結果也非常重要。Q-Exactive使用外標法進行質量校正，用真空泵將標準液打入質譜中，軟件自動就可以對質譜進行質量校正。基本上校正一次，一周內質量穩定性都會比較良好。
質量軸穩定性和實驗室的物理環境有很大關系，溫度對Q-Exactive的質量穩定性影響并不是很大。這臺儀器的質量校正非常簡單，其次，它的質量軸穩定性也可以保持比較長的時間。這是由Orbitrap的原理以及硬件系統所決定的。
網友：FDA認可用Q-Exactive做的數據么？
江錚工程師：Q-Exactive是我們今年6月份在ASMS推出的產品，之前還有一款Orbitrap儀器叫Exactive，區別是少了一個四極桿，美國FDA主要用Exactive做食品、殘留等的分析，如需要，可以聯系zheng.jiang@thermofisher.com索取相關應用文章。
網友：高分辨質譜和三重四極桿質譜在小分子定量方面，有什么優缺點？
江錚工程師：小分子定量主要還是用三重四極桿的SRM或者MRM模式，對于有些高分辨質譜，他在質量軸的低端的靈敏度不是很好，我們的Orbitrap在整個質量軸的低質量端和高質量端，靈敏度都是可以兼顧的，因此，既可以做小分子樣品，也可以做大分子樣品。而且靈敏度可以達到中高端的四極桿達到的質量精度、準確度、重現性，這在我們的實驗室都驗證過。
網友：相對離子阱質譜，Q-Exactive的高分辨是怎樣實現的呢?
江錚工程師：離子阱和高分辨質譜傳統意義上都是定性能力比較強的質譜系統，離子阱基于化合物的多級質譜對某一個對化合物進行定性或結構確證，高分辨主要是通過精確質量數判斷化合物的組成，從而對化合物進行定行。兩者的區別在于原理不同，離子阱是單位分辨質譜，質量數只能精確到小數點后最多是一位。Orbitrap是采集精確質量數測定，可以精確到小數點后三到四位。原理不一樣，定性的針對點也是不一樣的。
網友：正負切換的速度是多少？是否會有數據丟失？中性丟失在數據采集時是如何設定？
江錚工程師：我們做過一個實驗，單純用正離子模式、負離子模式、正負離子切換的模式進行，對靈敏度的影響不是很大。
Q-Exactive專門有一個設定中性丟失的模塊，在軟件上，把中性丟失模塊拖動到軟件中，然后輸入中性丟失的質量數。在方法設置上也比較簡單。
網友：orbitrap和QTOF相比，有什么優勢？
江錚工程師：原理上完全不一樣。原理的差別決定了性能的不同，Q-Exactive辨率優于QTOF，140,000，高端的TOF最高達到40,000左右。此外，Q-Exactive使用外標法校正，一次校正可以維持一周左右，TOF使用內標法質量精度比較好，如使用外標法，就需要定期進行質量校正，比較麻煩。做小分子，Orbitrap靈敏度優于QTOF。同時，Orbitrap可以實現正負切換，而有些TOF類質譜無法實現。
網友：未知代謝物沒有對照品，依據什么進行定量？
江錚工程師：如果是要做絕對定量，還是要有對照品，獲得標準曲線，但用高分辨定量不需要用標準品對質譜參數進行優化，而三重四極桿必須要優化母離子，優化碰撞能量等，如果做大量的，優化過程比較復雜。高分辨質譜采用全掃描，不需要進行參數優化。
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