阿尔茨海默病差异代谢小分子化合物的高分辨质谱研究

Alzheimer's disease (AD) is an age-related degenerative disease of the central nervous system. The incidence of this disease is increasing trend year by year, at present the lack of advanced diagnosis. AD mechanism is complicated. Looking for the effective diagnostic and treatment target is the focal point in the recent AD research. This project is aimed at discovering the evidences to support AD’s diagnosis and treatment.Focusing on the distinguishable metabolites, a series of HRMS and GC-MS related technologies would be used in the acquisition and analysis of the metabonimics data. Several innovative approaches including multi-ion extractions, isotope ions, and modified chemometrics method will be developed. These approaches will improve the accuracy of the metabolomics analysis, which overcome the metabolites’ overlapping, missing, and overloading as well. Furthermore, the corresponding multi-dimensional qualitative and quantitative method will be set up for the target metabolites. Lastly, by means of the activity evaluation, the relationship between the acetyl cholinesterase and the target metabolites will be investigated and assisted to discover the effective diagnostic and treatment target for AD.

阿尔茨海默病又称老年痴呆症，是一种与年龄相关的中枢神经系统变性病，近年来发病率呈逐年增多趋势。对老性痴呆症的早期诊断和有效疗法，堪称当今世界上极难解决的医学难题之一。本项目在酶活检测和质谱定性定量研究等前期研究的基础上，克服目前代谢组学研究遇到瓶颈困难，拟以代谢小分子化合物为研究切入点，开展阿尔茨海默病差异化合物的高分辨质谱研究。基于高分辨质谱、串联质谱及其联用技术等，利用多个代表离子提取、同位素离子提取等手段，克服重叠峰、遗漏峰和离子信号过饱和等代谢组学分析中常见的问题，综合运用气相色谱-质谱技术的多重分析手段，并借助化学计量学方法寻找差异代谢小分子化合物, 同时建立相应的定性定量分析方法。在定性与定量准确的基础上，深入研究阿尔茨海默病差异小分子化合物对乙酰胆碱酯酶活性的影响和变化规律，为阿尔茨海默病诊断和治疗提供依据。

本项目探讨了一些重要方法和技术以提高质谱定量分析的准确性。利用高分辨质谱、串联质谱及其联用技术等，采用多个代表离子提取、同位素离子提取等手段，克服了重叠峰、遗漏峰等问题，在定量分析中，监测不同丰度的同位素离子，能够扩大质谱定量分析的线性范围，解决质谱检测器信号饱和所导致的数据失真问题，提高数据分析结果的可靠性，解决了生物样本中内源性代谢物浓度差异大，低丰度代谢物无法质谱检测的难题，成功的借助化学计量学方法寻找阿尔兹海默症差异代谢小分子化合物。建立了鼠脑中酶活性质谱分析方法，检测出阿尔茨海默病小鼠脑中乙酰胆碱酯酶的活性高于正常小鼠。同时，本研究改进了离子化技术，克服了直接质谱分析时基质效应的难题，提高了检测的灵敏度，实现快速、准确和高通量的分析，在碳纤维和火焰离子化装置的基础上，开发热解吸碳纤维电离质谱（TD-CFI-MS）技术、碳纤维杂合大气压化学电离质谱（CFHAPCI-MS）、常压火焰离子化质谱（AFI-MS）和超声萃取雾化碳纤维离子化质谱（UENRT-CFI-MS），这些新方法装置简单、易于操作、快速高效，更重要的是在不需要对样品进行复杂前处理的情况下即可利用该技术显著降低基质效应，提高复杂基质样品定量分析的准确度，最终实现了不同基质下目标物的准确定量分析。另外，在二氢吡啶类降压药三重四级杆串联质谱研究中发现西尼地平和普拉地平产生脱羧产物，疑似发生Carroll重排反应。经实验和理论计算推测普拉地平和西尼地平在酸性条件下发生Carroll重排、Diels-Alder反应和σ重排反应的串联反应，反应过程得到理论计算结果支持。研究从药物质谱裂解反应预测并获得降解产物，为稳定性研究提供新思路。三种反应串联合成三环桥状化合物为合成含氮三环桥状化合物提供新方法。发表标注本基金资助的论文13篇，其中高质量SCI科研论文10篇。项目执行期间，培养了3名博士研究生和4名硕士研究生。