电喷雾萃取电离质谱对肺癌的代谢组学研究

针对我国肺癌发病率大、死亡率高而检测手段滞后的紧迫形势，研制适合开展代谢组学研究的电喷雾萃取电离源（EESI）与线形离子阱质谱仪（LTQ-MS）的接口，建立肺癌早期诊断的代谢组学研究平台，并采用标准样品对其平台进行优化和表征，探索对健康人和不同阶段肺癌病人的血样和尿样分别进行EESI-LTQ-MS快速分析的实验方法，采用化学计量学方法对获得的海量数据进行科学处理，开发专用的数据处理算法和软件，发展基于EESI-MS分析血样和尿样来进行肺癌早期诊断的新方法和新技术，获得肺癌发生、发展的代谢组学判据。本项研究不但能建立国际领先的EESI多级串联质谱代谢组学研究平台，从分子层次深入理解肺癌与正常代谢过程的相互影响，为后续研究和相关学科的发展提供科学基础，而且可为肺癌的临床医学诊断和研究提供理论基础和科学工具，为肺癌的有效治疗提供新的思路。

该项目进展良好，基本完成了要求的研究内容，并发表期刊文章至少7篇，申请专利4项。.1．.搭建并优化EESI-MS分析平台，证明其代谢组学研究中的优良性能。为满足实验的高安全性和高稳定性要求，同时确保EESI电离源的灵活可调性，我们设计并制造了EESI与质谱仪的半封闭接口。新型EESI离子源上下表面均有管道，分别排出无用的气体和液体，接口的高度可根据仪器尺寸调节。在提供充分电离空间的前提下，接口的材料对质谱信号没有明显影响。我们优化并表征了EESI-MS分析平台，特别是探究了离子源与质谱仪之间的距离对质谱信号的影响。.2．.利用自主搭建的EESI-MS平台，测量志愿者呼出气体中的乙腈含量，发现乙腈在人体内的协助扩散机制。由于统计意义上吸烟与肺癌的发生有着密切关系，我们将银离子溶液作为萃取剂，志愿者（包含主动吸烟者、被动吸烟者和非吸烟者）呼出气体中的乙腈作为目标物质进行了EESI-MS/MS无预处理、活体、定量实验。值得注意的是，大量实验数据表明：吸烟之后短时间内乙腈的浓度上升可能是身体机能补偿，随之其含量的下降可能是烟中的CO与乙腈发生了协助扩散作用。本研究表明了搭建新型EESI-MS的工作初步完成，也进一步证明了EESI能利用在线分子/离子反应检测普通离子源不能分析的化合物、通过实验参数的选择和优化来专注于特定的目标分子的分析。同时，快速在线的EESI分析使志愿者能在呼出气体之后~5 min拿到该次实验结果，这对传统分析方法来讲是基本不可能的，因此EESI在医疗学科方面应该有广阔的应用前景。.3．.利用EESI-MS作肺癌血液和尿液的代谢轮廓分析，建立代谢组学诊断肺癌的统计模型。本项目中，我们与合作医院共同合作，收集了正常人和肺癌患者的尿液样本（各50例），在最优条件下应用EESI-MS作代谢轮廓分析，建立代谢组学诊断肺癌的统计模型，验证该模型检测肺癌患者的灵敏度和特异度，并从分子层次深入理解肺癌对正常代谢的影响。EESI-MS能在样品采集之后快速得到其指纹图谱，优化条件下每小时能定性和半定量分析15-20个样品，这或将给医疗手段的发展带来一定的革新。初步结果表明，肺癌患者的EESI-MS指纹图谱与正常人的明显不一样，特别值得一提的是，单变量和多变量统计分析进一步指明肺癌患者的尿液中很多氨基酸的浓度明显降低。