現(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)及食品安全分析檢測中質(zhì)譜技術(shù)的運(yùn)用分析

李超

營養(yǎng)素是人體維持正常生長、代謝的重要組分，碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等都是較為常見的營養(yǎng)素大類，這些大類下又包含眾多分支，名類多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給營養(yǎng)學(xué)檢測化驗(yàn)帶來不小的困擾。而伴隨轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等研究的推進(jìn)，精準(zhǔn)化驗(yàn)時(shí)代正式到來，營養(yǎng)學(xué)化驗(yàn)檢測新思路被打通，加強(qiáng)質(zhì)譜等現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用勢在必行。

一、質(zhì)譜檢測法的原理和發(fā)展?fàn)顩r概述

在現(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)研究中，質(zhì)譜檢測通常使用電噴霧等軟電離技術(shù)，可以有效規(guī)避有機(jī)分子共價(jià)鍵被破壞的問題，確保檢測結(jié)果的正確性。從營養(yǎng)素種類角度分析，在維生素的檢測中，主要借助同位素標(biāo)記和質(zhì)譜檢測，對(duì)維生素在機(jī)體內(nèi)部的代謝、吸收情況進(jìn)行追蹤;微量元素的檢測則主要借助電感耦合等離子體質(zhì)譜;糖類營養(yǎng)素的檢測主要借助電噴霧電離串聯(lián)質(zhì)譜來實(shí)現(xiàn);蛋白質(zhì)等的測定則借助了代謝組相關(guān)知識(shí)，在LCMSMS的基礎(chǔ)上展開操作;脂類的測定主要通過色譜與質(zhì)譜的聯(lián)用來實(shí)現(xiàn)。

二、質(zhì)譜技術(shù)在營養(yǎng)學(xué)相關(guān)疾病機(jī)制研究中的應(yīng)用

1.蛋白質(zhì)組學(xué)研究。蛋白質(zhì)屬于大分子營養(yǎng)素，是細(xì)胞基礎(chǔ)構(gòu)成的重要組分，通過檢測蛋白質(zhì)水平可以較為直觀地識(shí)別機(jī)體生理狀況，從而為疾病的預(yù)測提供依據(jù)。隨著高分辨質(zhì)譜儀的產(chǎn)生，當(dāng)前的蛋白質(zhì)分析已經(jīng)打破傳統(tǒng)概念束縛，逐漸形成了蛋白質(zhì)組學(xué)，可以從結(jié)構(gòu)、修飾等多個(gè)方面展開研究。據(jù)蛋白質(zhì)當(dāng)前研究進(jìn)展，生物標(biāo)志物的識(shí)別可以用經(jīng)典策略或完整質(zhì)譜圖策略來實(shí)現(xiàn)，前者主要借助了電泳技術(shù)，質(zhì)譜技術(shù)面對(duì)的是單獨(dú)分離出的蛋白質(zhì)組分;后者則面向蛋白質(zhì)完整質(zhì)譜，可以直觀窺視疾病全貌。

在營養(yǎng)學(xué)相關(guān)疾病機(jī)制的研究中，主要面向循環(huán)系統(tǒng)病變細(xì)胞展開檢測，通過該類細(xì)胞蛋白質(zhì)的濃度，可以間接得出相關(guān)數(shù)據(jù)。過去幾十年的臨床研究中，通過對(duì)患者血漿等的分析，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了若干種可用于疾病診斷的蛋白質(zhì)標(biāo)志物，在卵巢癌、乳腺癌等多種癌癥疾病中有較高的診斷效率，同時(shí)還可以滿足亞型分類需求。另外，近年在癌癥標(biāo)志物科研領(lǐng)域，還出現(xiàn)了以外泌體蛋白質(zhì)為研究對(duì)象的新流派，主要用于腫瘤疾病的診斷。以胰腺癌為例，當(dāng)機(jī)體攜帶致病蛋白時(shí)，免疫系統(tǒng)會(huì)由此產(chǎn)生蛋白，綜合M2-型丙酮酸激酶的分析，可以實(shí)現(xiàn)早期診斷。

2.代謝物類標(biāo)志物檢測。代謝組學(xué)以代謝物為主要研究對(duì)象，以1×103為標(biāo)準(zhǔn)界限，研究質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于該數(shù)值的所有代謝物質(zhì)，常見的有激素、氨基酸等。代謝物同樣在一定程度上反映著機(jī)體生理狀態(tài)，推動(dòng)高分辨質(zhì)譜在代謝物檢測中的應(yīng)用，不僅可以滿足早期診斷需求，還可能為治療效果的評(píng)估提供依據(jù)。代謝組學(xué)研究策略主要有以下2種：靶向分析是一種量化手段，鑒定分析物的同時(shí)還能提供量化數(shù)值;圖譜分析法則偏向于標(biāo)志物的整體檢測，面向的是未量化代謝譜，通過觀測其面對(duì)疾病時(shí)產(chǎn)生的反應(yīng)實(shí)現(xiàn)分析鑒定，二者通常搭配使用。

在質(zhì)譜技術(shù)與代謝組學(xué)的融合進(jìn)程中，肝臟是重要的研究對(duì)象，WANG（2012）重點(diǎn)關(guān)注了與肝臟狀況密切相關(guān)的黃疸綜合征疾病，發(fā)現(xiàn)了44種可用于診斷的標(biāo)志物。另外，腫瘤疾病的發(fā)生同樣會(huì)間接反映為機(jī)體代謝的改變，XIAO（2012）在質(zhì)譜技術(shù)的基礎(chǔ)上，綜合使用液相色譜技術(shù)，對(duì)肝癌以及肝硬化患者進(jìn)行了代謝分析，最終發(fā)現(xiàn)二者血清中甘醇酸等物質(zhì)有明顯差異。在乙肝疾病的檢測中，質(zhì)譜技術(shù)同樣有著較強(qiáng)的適用性，盛國平（2008）就基于質(zhì)譜技術(shù)，對(duì)乙肝患者尿液進(jìn)行了檢測，具體對(duì)比可見圖1，圖中A、B、C均代表慢性乙肝患者尿樣色譜圖，而D、E、F代表正常人尿樣色譜圖，可發(fā)現(xiàn)前者與后者相比，代謝譜出峰量要明顯得多。

圖1：慢性乙肝患者與正常人尿液色譜圖比較

3.基因組學(xué)研究與核酸類生物標(biāo)志檢測。測序技術(shù)是基因組學(xué)的核心技術(shù)，人類基因測序的進(jìn)步直接推動(dòng)了現(xiàn)代生物科學(xué)的發(fā)展。而事實(shí)上，在20世紀(jì)90年代，質(zhì)譜技術(shù)就已經(jīng)作為測序平臺(tái)運(yùn)用在基因分析中，并在配體、核酸等的相互作用機(jī)制研究中有較為突出的表現(xiàn)。但與基因組相比，轉(zhuǎn)錄組在基因信息的表達(dá)方面能力更為直觀，因此測序技術(shù)逐漸取代了質(zhì)譜技術(shù)，成為主流轉(zhuǎn)錄學(xué)研究方式，但質(zhì)譜技術(shù)在細(xì)胞轉(zhuǎn)錄功能中的反饋仍舊是不容忽視的。

2014年，美國進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了質(zhì)譜技術(shù)在核酸檢測方面的積極作用，并以法規(guī)形式肯定了激光解析串聯(lián)飛行時(shí)間質(zhì)譜在核酸檢測中的應(yīng)用，它能夠在寡核苷酸序列檢測的基礎(chǔ)上，對(duì)其修飾類型、點(diǎn)位等進(jìn)行快速反饋。從生物醫(yī)學(xué)角度分析，單核苷酸多態(tài)性（SNP）是重要的診斷指標(biāo)，在遺傳疾病檢測中的作用尤其明顯，通常使用Sanger測序等技術(shù)進(jìn)行判別，但這些方式擁有一個(gè)通病，那就是無法滿足多基因和多位點(diǎn)檢測，這使得檢測精度難以保障，同時(shí)檢測流程更加復(fù)雜。以耳聾遺傳病為例，若要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)篩查，至少要進(jìn)行4個(gè)基因的篩查，同時(shí)涉及20個(gè)SNP位點(diǎn)，檢測難度較大。而應(yīng)用MALDI-TOF MS，可以最多滿足52個(gè)位點(diǎn)的同時(shí)檢測需求，保障檢測效率。

三、質(zhì)譜技術(shù)在食品分析檢測中的應(yīng)用

當(dāng)前，農(nóng)藥、食品添加劑等化學(xué)產(chǎn)品的使用，在一定程度上為食品保質(zhì)期的延長、品質(zhì)的提升帶來了便利，但與此同時(shí)也造成了較為棘手的食品安全問題，如何保障檢測技術(shù)的精準(zhǔn)性，規(guī)避有害物質(zhì)對(duì)人體的侵襲開始成為現(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)及食品安全領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的問題。質(zhì)譜技術(shù)具有很高的適用性，其中尤以電子噴霧三重四級(jí)桿質(zhì)譜最為常用，聯(lián)合液相色譜分離技術(shù)，統(tǒng)一簡寫為LC-ESI/MS，可以滿足多場景應(yīng)用需求。當(dāng)其運(yùn)用于水果、蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品的檢測中時(shí)，殺蟲劑含量可以精確到毫克，分析速度也相當(dāng)快。除化學(xué)物質(zhì)外，有害微生物也是導(dǎo)致食品污染的重要源頭，當(dāng)前對(duì)于食品微生物的檢測主要借助了代謝組學(xué)相關(guān)知識(shí)，Ercolini（2009）使用GC-MS技術(shù)對(duì)肉制品進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)了大量由有害微生物代謝產(chǎn)生的物質(zhì)，確認(rèn)了目標(biāo)微生物污染的假設(shè)。

綜上所述，質(zhì)譜技術(shù)在蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)等領(lǐng)域的研究中有著極為重大的貢獻(xiàn)，有助于促進(jìn)早期疾病診斷效率的提升，輔助治療效果的評(píng)估。在食品安全檢測領(lǐng)域中，質(zhì)譜技術(shù)精準(zhǔn)度高、靈敏度好的優(yōu)勢也十分明顯，能夠顯著提升檢測評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。因此要正視質(zhì)譜技術(shù)的優(yōu)越性，通過多組學(xué)整合、自動(dòng)化改進(jìn)，全面推動(dòng)質(zhì)譜技術(shù)在現(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)和食品安全檢測中的應(yīng)用。