憑借最新技術(shù)滿足用戶需求獲取蛋白質(zhì)組學(xué)的最優(yōu)解

文/本刊記者 王瑞平

憑借最新技術(shù)滿足用戶需求獲取蛋白質(zhì)組學(xué)的最優(yōu)解

文/本刊記者 王瑞平

圖1 SCIEX中國(guó)區(qū)總經(jīng)理邵紅

SWATH技術(shù)是瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Ruedi Aebersold博士及其團(tuán)隊(duì)與SCIEX于2012年聯(lián)合推出的一項(xiàng)全新的質(zhì)譜采集模式技術(shù)，是MS-MSALL技術(shù)的一種擴(kuò)展，與傳統(tǒng)的shot-gun技術(shù)相比，SWATH采集模式能夠?qū)呙鑵^(qū)間內(nèi)所有的肽段母離子經(jīng)過超高速掃描并進(jìn)行二級(jí)碎裂，獲得完整肽段信息。同時(shí)，借助先進(jìn)的Triple-TOF5600 plus質(zhì)譜系統(tǒng)，SWATH在定量上具有較高準(zhǔn)確度和動(dòng)態(tài)范圍?；赟WATH技術(shù)的定量方法能夠直接構(gòu)建二級(jí)碎片離子的XIC，大大增加定量的準(zhǔn)確度和可重現(xiàn)性。為進(jìn)一步了解該技術(shù)在蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域的成功應(yīng)用與未來(lái)的發(fā)展方向，本刊記者有幸采訪到SCIEX中國(guó)區(qū)總經(jīng)理邵宏，請(qǐng)她就上述問題做出進(jìn)一步解讀。

SWATH技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

SWATH技術(shù)具有采集數(shù)據(jù)完整、重復(fù)性高、簡(jiǎn)單易行、定量精確等優(yōu)勢(shì)。作為一種數(shù)據(jù)非依賴性采集技術(shù)（Data Independent Acquisition，DIA），SWATH將質(zhì)譜掃描范圍分為若干個(gè)連續(xù)窗口，然后，采集每個(gè)窗口中的所有碎片離子，從而獲取完整數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在一次實(shí)驗(yàn)里對(duì)所有化合物的定性和定量。SWATH技術(shù)的全面數(shù)據(jù)采集，克服傳統(tǒng)數(shù)據(jù)依賴型采集技術(shù)（Data Dependent Acquisition，DDA）中數(shù)據(jù)的不完整、重復(fù)性差等缺點(diǎn)。此外，SWATH和MRM技術(shù)類似，通過多個(gè)二級(jí)質(zhì)譜碎片離子進(jìn)行定量，因而，具備MRM定量級(jí)別的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。SWATH技術(shù)的創(chuàng)新和優(yōu)勢(shì)，完全憑借SCIEX Triple TOF高分辨質(zhì)譜超高采集速度、高分辨率和高靈敏度性能得以實(shí)現(xiàn)。近些年，Triple TOF強(qiáng)大的性能得以進(jìn)一步發(fā)揮，通過多窗口采集和可變窗口采集，減少每個(gè)窗口中同時(shí)采集離子的復(fù)雜度，降低數(shù)據(jù)解析時(shí)的難度與錯(cuò)誤率，進(jìn)一步推出SWATH2.0技術(shù)。如今，SCIEX全新的X500系列高分辨質(zhì)譜保持與Triple TOF同樣優(yōu)異的性能并能通過更成熟的數(shù)據(jù)解析軟件將SWATH技術(shù)擴(kuò)展到食品、法醫(yī)和環(huán)境樣品分析等多個(gè)領(lǐng)域。

應(yīng)用最成熟領(lǐng)域——蛋白質(zhì)組學(xué)

SWATH技術(shù)具有快速、精確、數(shù)據(jù)完整可回溯等諸多特點(diǎn)，因此，大大刷新蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用。目前，正逐漸擴(kuò)展到代謝組學(xué)、脂質(zhì)組學(xué)、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和上述食品、法醫(yī)和環(huán)境樣品分析等領(lǐng)域。相較于其他應(yīng)用領(lǐng)域而言，蛋白質(zhì)組學(xué)是SWATH應(yīng)用最成熟領(lǐng)域。在蛋白質(zhì)相互作用分析、細(xì)菌全蛋白質(zhì)組定量、差異蛋白質(zhì)組分析和生物標(biāo)志物的查找、大量樣本的多組學(xué)分析等多個(gè)方面，SWATH技術(shù)能夠幫助科研工作者更快速、全面獲得高質(zhì)量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)更深入科學(xué)見解。此外，SWATH技術(shù)非常契合臨床研究需求。針對(duì)臨床上大量復(fù)雜樣品（血液、活檢組織等），基因組學(xué)與代謝組學(xué)分析速度相對(duì)較快，而蛋白質(zhì)組學(xué)通常需要幾小時(shí)才能夠分析出樣品，有時(shí)，需要借助昂貴的標(biāo)記試劑。運(yùn)用微升流速SWATH技術(shù)（micro flow-SWATH），能夠輕松實(shí)現(xiàn)1個(gè)樣品/小時(shí)，150個(gè)樣品/周的分析速度，讓蛋白質(zhì)組學(xué)像工業(yè)化生產(chǎn)一樣，快速、穩(wěn)定、高效?；趍icro flow-SWATH推出的工業(yè)化蛋白質(zhì)組學(xué)解決方案，非常契合精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的理念。目前，澳大利亞兒童醫(yī)學(xué)研究中心的Procan中心（癌癥登月計(jì)劃的參與單位）與英國(guó)曼徹斯特大學(xué)Stoller中心，都在使用micro flow-SWATH技術(shù)，計(jì)劃3～5年內(nèi)完成幾萬(wàn)個(gè)癌癥樣本的組學(xué)分析工作，最終實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)。

SCIEX的發(fā)展歷史

1989年AB SCIEX公司推出世界上第一臺(tái)商業(yè)化API Ⅲ? LC/MS/MS串聯(lián)四極桿質(zhì)譜儀；

1990年AB SCIEX公司推出了世界上第一臺(tái)性能卓越的MALDI-TOF MS；

1995年AB SCIEX公司推出了世界上第一臺(tái)臺(tái)式串聯(lián)質(zhì)譜API 300? LC/MS/MS；

1999年AB SCIEX公司的API 3000? LC/MS/MS被LC/MS/MS行業(yè)設(shè)定為黃金標(biāo)準(zhǔn)（Gold Standard）；

1999年AB SCIEX公司推出了液相色譜串聯(lián)四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜QSTAR?Qq TOF質(zhì)譜儀；

2001年AB SCIEX公司推出大氣壓光化學(xué)電離源（APPI），用于弱極性化合物的分析；

2001年AB SCIEX公司成功地推出了世界上唯一真正的串聯(lián)飛行時(shí)間質(zhì)譜4700 TOF-TOF?；

2002年AB SCIEX公司在世界上首次實(shí)現(xiàn)四極桿技術(shù)與線性離子阱技術(shù)的結(jié)合，成功地推出了新一代串聯(lián)四極桿質(zhì)譜QTRAP? LC/MS/MS

2003年AB SCIEX公司成功推出Celera Discovery System數(shù)據(jù)庫(kù)

2004年AB SCIEX公司首次推出組織成像技術(shù)（Tissue Imaging），成功地實(shí)現(xiàn)組織切片直接質(zhì)譜分析藥物的分布

2004年AB SCIEX 公司推出另一種用于差異蛋白質(zhì)定性定量分析的iTRAQ?試劑和軟件，實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的絕對(duì)定量

2005年AB SCIEX公司推出最新設(shè)計(jì)的API 3200?及3200 QTRAP?串聯(lián)四極桿質(zhì)譜系統(tǒng)

2006年AB SCIEX公司推出基于食品安全，環(huán)境分析，毒物篩查，醫(yī)學(xué)檢測(cè)的LC/MS/MS方法平臺(tái)—“可立快”方法軟件包

2008年AB SCIEX公司推出全新設(shè)計(jì)的Triple Quad? 5500及QTRAP?5500系統(tǒng)

2009年AB SCIEX公司推出靈敏度更高的MALDI-TOF-TOF 5800系統(tǒng)

2010年AB SCIEX公司推出了新型的Triple TOF?5600高分辨質(zhì)譜系統(tǒng)

2012年AB SCIEX公司新型設(shè)計(jì)的Triple Quad? 4500和QTRAP?4500 LC-MS/MS系統(tǒng)

2012年AB SCIEX公司推出新型設(shè)計(jì)的Triple Quad? 6500和QTRAP?6500 LC-MS/MS系統(tǒng)

2012年AB SCIEX公司推出了新型的TripleTOF?4600和TripleTOF?5600+高分辨質(zhì)譜系統(tǒng)

2015年SCIEX推出全新X500R QTOF系統(tǒng)，精準(zhǔn)、穩(wěn)定、可靠、一機(jī)多用，且擁有升級(jí)空間，滿足您不斷提升的需求。

2017年在美國(guó)質(zhì)譜年會(huì)(AS-MS 2017)上，SCIEX重點(diǎn)介紹旨在為先進(jìn)的LC-MS儀器和工作流程提供支持的尖端創(chuàng)新技術(shù)。另外，SCIEX現(xiàn)已開始實(shí)施一體化的工作流程，讓常規(guī)用戶和非質(zhì)譜專家可以更方便地使用質(zhì)譜技術(shù)。

用戶的反饋與成功應(yīng)用案例

案例一：與華大基因攜手分析蛋白質(zhì)

華大基因是第一批與SCIEX共同開發(fā)SWATH技術(shù)并最早將SWATH技術(shù)應(yīng)用到蛋白質(zhì)組學(xué)研究中的用戶。懷揣相同理念，SCIEX將i-TRAQ-SWATHMRM系列SCIEX經(jīng)典技術(shù)銜接到一起，應(yīng)用在疾病標(biāo)志物的尋找-驗(yàn)證-確證工作中。SCIEX開發(fā)的最新工業(yè)化蛋白質(zhì)組學(xué)micro flow-SWATH技術(shù)，在華大基因完成第一個(gè)項(xiàng)目——兩周內(nèi)分析40對(duì)癌癥組織和癌旁組織蛋白質(zhì)。

案例二：廈門大學(xué)優(yōu)化SWATH技術(shù)算法

廈門大學(xué)在SWATH技術(shù)發(fā)布后，將SWATH技術(shù)應(yīng)用到蛋白質(zhì)相互作用研究之中并進(jìn)一步優(yōu)化SWATH數(shù)據(jù)處理算法，使SWATH可同時(shí)定性定量。Group-DIA算法，發(fā)表在Nature Methods雜志上（影響因子32.1），成績(jī)斐然；SWATH技術(shù)與Group-DIA算法，研究程序性細(xì)胞死亡過程中蛋白質(zhì)相互作用，成果出色。

案例三：Stoller中心得出最優(yōu)數(shù)據(jù)結(jié)果

英國(guó)曼徹斯特Stoller中心采集病人疾病樣本，運(yùn)用SWATH運(yùn)行樣本實(shí)驗(yàn)，得出的數(shù)據(jù)結(jié)果。幾年以后，隨著他們對(duì)疾病的認(rèn)識(shí)，想追蹤某種當(dāng)時(shí)沒有觀測(cè)的蛋白過去和現(xiàn)在對(duì)比的情況，比如是增加了還是減少了，尋找疾病的生物標(biāo)志物，以此指示癌癥的發(fā)展階段。幾年以后，樣本早已不在，但他們運(yùn)用SWATH卻可以回溯當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)，找到了所需的結(jié)果。所以，SWATH的作用是驚人的：采集所有的數(shù)據(jù)，不僅給你現(xiàn)在的結(jié)果，還將給你未來(lái)的答案。

如何解決復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)室問題？

SCIEX的客戶主要涉及組學(xué)研究、藥物發(fā)現(xiàn)和研發(fā)、食品和環(huán)境檢測(cè)、法醫(yī)學(xué)及臨床研究工作等眾多領(lǐng)域，舉幾個(gè)最新例子：

例一：組學(xué)研究

組學(xué)研究方面，在清華大學(xué)有一支以質(zhì)譜技術(shù)為基礎(chǔ)，研發(fā)小型儀器和直接采樣離子化技術(shù)，并開展脂質(zhì)組學(xué)研究與應(yīng)用的研究實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室是國(guó)內(nèi)唯一一個(gè)通過分析C=C位置進(jìn)行脂質(zhì)學(xué)研究的團(tuán)隊(duì)，也是國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的將儀器研發(fā)與質(zhì)譜應(yīng)用技術(shù)結(jié)合起來(lái)的團(tuán)隊(duì)。他們的工作流程以質(zhì)譜平臺(tái)為基礎(chǔ)，將QTRAP與QTOF配合使用建立最初方法，在了解脂質(zhì)類別與細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)時(shí)，采用QTRAP進(jìn)行多級(jí)質(zhì)譜分析，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜樣品中的極低濃度目標(biāo)物富集，對(duì)了解脂質(zhì)分子基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)非常有利。

例二：藥物代謝

藥物代謝方面，中國(guó)藥科大學(xué)藥代動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是世界上率先提出細(xì)胞藥代動(dòng)力學(xué)概念的團(tuán)隊(duì)，在王院士的帶領(lǐng)下，實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)進(jìn)行細(xì)胞藥代動(dòng)力學(xué)相關(guān)深入研究工作。中藥藥代動(dòng)力學(xué)研究是該實(shí)驗(yàn)室的另一大特色。中藥成分比西藥復(fù)雜，即使是一味中藥也會(huì)包含多個(gè)有效成分，進(jìn)入體內(nèi)可能代謝成為更多組分，且在體內(nèi)外的濃度較西藥更低。王院士團(tuán)隊(duì)圍繞中藥藥物代謝開展了探索性的研究工作，并建立了一些對(duì)于中藥藥代基礎(chǔ)研究具有推動(dòng)性作用的技術(shù)策略。不論是小分子化合物還是多肽、蛋白等生物藥的藥代動(dòng)力學(xué)研究都離不開液質(zhì)聯(lián)用。目前，他們已經(jīng)采用串聯(lián)質(zhì)譜和高分辨質(zhì)譜完成了上百種藥物的藥代動(dòng)力學(xué)研究，實(shí)驗(yàn)室里SCIEX QTRAP 5500和Triple TOF5600正在運(yùn)行中。

圖2 X500R QTOF

例三：法醫(yī)檢驗(yàn)

法醫(yī)檢驗(yàn)方面，江蘇省公安廳物證鑒定中心化驗(yàn)室，主要承擔(dān)全省公安系統(tǒng)疑難案件中的毒物、毒品和微量物證檢驗(yàn)或者復(fù)核檢驗(yàn)鑒定工作，擁有完備的各類色譜和質(zhì)譜以及光譜檢測(cè)設(shè)備。近期，化驗(yàn)室檢測(cè)一批被繳獲的藥物時(shí)發(fā)現(xiàn)，樣品經(jīng)前處理后進(jìn)樣氣質(zhì)聯(lián)用儀進(jìn)行檢驗(yàn)而獲得的質(zhì)譜碎片圖，沒有在NIST譜庫(kù)中檢索到，無(wú)法實(shí)現(xiàn)檢索確認(rèn)。檢驗(yàn)無(wú)果后，使用SCIEX的高分辨液質(zhì)聯(lián)用儀繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行全掃描和二級(jí)質(zhì)譜檢驗(yàn)，獲取到總離子流圖和一級(jí)全掃描圖，解決了問題。實(shí)踐證明，高分辨液質(zhì)聯(lián)用儀結(jié)合儀器軟件以及國(guó)際化合物數(shù)據(jù)庫(kù)，可以為解析未知化合物提供意想不到的有用信息。

例四：臨床研究

臨床研究方面，北京市目前共6家公立產(chǎn)前中心，北京婦產(chǎn)醫(yī)院是六大中心中最大的一家。北京婦產(chǎn)醫(yī)院出生新生兒數(shù)量占北京地區(qū)總出生人數(shù)的1/9左右，每年約有20萬(wàn)新篩樣本在該醫(yī)院進(jìn)行研究。在北京婦產(chǎn)醫(yī)院，SCIEX儀器是目前應(yīng)用最多的串聯(lián)液質(zhì)儀器平臺(tái)。

SCIEX未來(lái)的發(fā)展方向與預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)

從應(yīng)用角度講，SCIEX除了會(huì)保持在小分子藥物和食品、環(huán)境檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)之外，還會(huì)加速其在生物藥、臨床診斷和精準(zhǔn)醫(yī)療等領(lǐng)域的發(fā)展。同時(shí)，公司計(jì)劃進(jìn)一步提升用戶體驗(yàn)，在培訓(xùn)、高級(jí)技術(shù)支持和快速維護(hù)響應(yīng)等領(lǐng)域推出創(chuàng)新型項(xiàng)目（如，SCIEX Now和SCIEX University），確保用戶能以最快的速度學(xué)會(huì)相關(guān)應(yīng)用方法和儀器操作。SCIEX希望通過產(chǎn)品、培訓(xùn)和技術(shù)支持，與用戶一起推進(jìn)人類對(duì)科學(xué)的認(rèn)知，最終實(shí)現(xiàn)SCIEX中國(guó)區(qū)愿景——讓質(zhì)譜改變每個(gè)人的生活。 LP