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技术专家
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药物代谢是通过多种药物代谢酶进行生物转化,将药物极性增大通过机体的正常系统再排泄至体外。药物通过代谢器官(主要为肝脏)代谢后,药理活性发生变化可能产生毒副作用,因此药物代谢的研究属于药物的安全性评价的重要一环,并且研究药物在体内的代谢路径,可以为潜在新靶点的发现以及进一步的新药开发提供重要线索。Orbitrap IQ-X专为药物代谢量身定制的数据采集流程和Compound Discoverer软件嵌合的药物代谢高分辨数据处理流程强强联合,让科研小伙伴们从此提高生产力,让代谢产物再无“漏网之鱼”,用最酷的仪器,产生最理想的数据,发最顶尖的paper。

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诚然,要“一网打尽”药物在机体内转化的代谢产物是很有难度的,首先样品基质很复杂,我们要找的代谢物很可能掩埋在一丛丛响应高大的基质峰里,这个对于仪器的要求核心是超高分辨率,可以将代谢物和基质干扰在分辨率这个维度区分开来,但即便区分开了,我们也希望能高效地采集到所有代谢产物的碎裂谱图;另外基质峰那么多,肉眼怎么可能把数据里的全部代谢产物提出来进一步分析呢?因此对于软件的要求是快速地将代谢产物找到且不漏掉。这两方面的难题分别对应硬件和软件,接下来让我们来瞅瞅高大上的“二强”是如何解决掉这些难题的~

 

Orbitrap IQ-X & Compound Discoverer

 

Orbitrap IQ-X专为药物代谢量身定制的数据采集流程:

Orbitrap IQ-X的分辨率高达100万(@200m/z),帮助采集到准确度最大化的质谱图,不仅可以使代谢产物离子和背景干扰离子分离得更开,而且同位素的精细分布信息和二级甚至多级测得的高质量精度的碎片离子质荷比可以给出代谢产物的精准元素组成并初步推断代谢产物的碎裂丢失结构单元。

 

比如说对于分子量在500左右的含硫代谢物,分辨率至少设置12万,两个A2同位素峰才能达到分离的效果。另外,实测的12万分辨下的A2同位素的分离图,相比于理论12万分辨率下模拟的同位素分离图来说,由于受到基质的干扰和化合物响应强度不够的影响,A2同位素的分离效果通常要差于理论模拟的同位素分离情况,因此我们在实验中需要对五百左右的含硫代谢物进行准确定性时,需要分辨率设置至少12万,如果分子量超过500,需要的分辨率就更高了。

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另一个让人难以望其项背的功能是首次推出Real-Time Library Search——实时谱图库搜索的智能MS3触发功能,此功能开发的基础在于代谢产物与母药具有结构相似性,结构相似性体现在质谱谱图上,就是代谢产物和母药的碎裂谱图存在共有碎片;开发的目的在于自动化、高效地获取代谢产物的二级甚至多级信息。实时谱图库搜索的智能MS3触发功能直接嵌合在采集方法模版中,方法设置中一键拖拽即可加载这个采集流程。从示意图中可以看到它是实时地将扫描的二级谱图与母药的标准品谱图库进行相似度匹配,对具有共有碎片的二级谱图中独有的碎片离子触发MS3碎裂谱图的采集,MS3触发可精准定位可能的药物代谢物的母离子,简化数据分析的同时,也为代谢产物的结构鉴定提供二级谱图甚至多级谱图信息。

3.png(点击查看大图)

 

Compound Discoverer软件嵌合的药物代谢高分辨数据处理流程

Compound Discoverer(简称CD)软件在药物代谢产物筛查这块功能非常完善,示意图中分别标注了基于质量亏损过滤(filter by mass defect,MDF)的非目标代谢物的查找模式和目标代谢物查找模式。非目标代谢物查找模式中,基于母药和代谢物结构类似,具有共同特征二级碎片离子的特点,对所有MDF过滤查找出的潜在目标代谢物再进行特征碎片离子搜索,匹配上特征碎片的代谢物就会标记class coverage得分,匹配上的二级碎片越多,该化合物的class coverage分数越高。目标代谢物查找模式是基于给定母药的分子式,根据选择的代谢反应库进行代谢物搜索。CD软件写入了常见的一相和二相代谢反应(见示意图),并支持自定义代谢反应的写入,在目标代谢物查找模式中,可对所有查找到的代谢物以及其二级碎片进行代谢反应解析和结构注释。

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5.png(点击查看大图)

 

另外CD软件3.2版本(及以上版本)支持中性丢失的搜索,CD软件中引入了常见的特定中性丢失片段,也支持自定义中性单元,可以将丢失特定中性碎片的代谢产物快速搜索出来。

6.png(点击查看大图)

 

最常见的代谢物鉴定流程以m/z 482.19391为例,示意图如下,首先进行一级同位素模式匹配(图b),绿色标注的为匹配上的同位素峰;其次与母药二级谱图比对进行碎片离子解析,图c为m/z 482.19391的二级原始谱图与母药二级谱图的镜像对比图,图中质谱峰标注为蓝色对应的碎片离子为母药或其碎片可通过代谢反应产生,标注为绿色对应的二级碎片为与母药相同的碎片离子,标注了颜色的碎片离子均会注释结构和相对应的代谢反应,大大有利于代谢物的结构推测。

7.png(点击查看大图)

小结

Orbitrap IQ-X的高分辨性能、独一无二的采集方式配备CD软件的全面代谢物查找模式中,创新代谢产物采集模式,提高代谢产物查找模式的丰富性,全面覆盖代谢产物查找范围,即便在复杂基质中也能轻松应对未知代谢产物的查找和鉴定。

 

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@dongdan 

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