基于电子诱导解离技术的酰基肉碱深度结构解析新策略：在SRM 1950标准血浆中的应用与突破

《ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL CHEMISTRY》：Structural annotation of acylcarnitines detected in SRM 1950 using collision-induced dissociation and electron-induced dissociation

　　本研究针对传统碰撞诱导解离(CID)技术在酰基肉碱结构表征中存在的局限性，创新性地采用电子诱导解离(EID)技术结合新型Sciex ZenoTOF 8600质谱平台，实现了对NIST SRM 1950标准血浆中35种酰基肉碱的深度结构解析。研究成功将积累时间缩短至95毫秒，显著提升了检测灵敏度，并突破了异构体区分、双键定位和羟基化位点鉴定等关键技术难题，为代谢性疾病生物标志物的精准鉴定提供了新的技术支撑。

　　

在代谢组学研究领域，酰基肉碱（acylcarnitines）作为脂肪酸代谢的关键中间体，长期以来被视为诊断代谢紊乱的重要生物标志物。这些由脂肪酸与肉碱结合形成的酯类化合物，承担着将酰基团转运至线粒体进行β-氧化（beta-oxidation）的重要使命，是细胞能量生产的核心环节。然而，科学界面临着一个长期存在的技术瓶颈：传统的碰撞诱导解离（CID）技术虽然在酰基肉碱检测中应用广泛，但其产生的碎片离子主要来自肉碱头基，对脂肪酸链的结构信息提供有限，使得研究人员难以区分结构相似的异构体，也无法精确定位功能基团如双键和羟基的位置。

这一技术局限直接影响了酰基肉碱作为生物标志物的应用价值。在临床诊断中，不同的异构体可能代表着截然不同的病理状态。例如，戊酰肉碱（Car 5:0）的三种异构体——正戊酰肉碱、异戊酰肉碱和2-甲基丁酰肉碱，分别对应着不同的代谢通路异常。传统方法无法有效区分这些结构相似的化合物，可能导致误诊或漏诊。同样，不饱和酰基肉碱中双键位置的差异，以及羟基化修饰位点的不同，都可能具有重要的生物学意义，但常规质谱技术难以提供这些细节信息。

正是在这样的背景下，由Valentina Ramundi和Michael Witting领导的研究团队在《Analytical and Bioanalytical Chemistry》上发表了他们的最新研究成果。他们采用了一种创新的质谱技术——电子诱导解离（EID），结合新型Sciex ZenoTOF 8600高分辨率质谱仪，对美国国家标准与技术研究院（NIST）的SRM 1950标准血浆中的酰基肉碱进行了系统性的深度结构解析。

研究人员开展这项研究的核心目标是解决传统CID技术在酰基肉碱结构表征中的不足。他们假设，EID技术能够提供更丰富的结构信息，特别是关于脂肪酸链的细节特征，从而实现对异构体的精确区分和功能基团的准确定位。与CID主要产生来自肉碱头基的碎片不同，EID能够产生一系列来自脂肪酸链的特征碎片，为结构鉴定提供更为全面的信息。

本研究采用的技术方法主要包括：使用超高效液相色谱（UHPLC）与高分辨率质谱联用系统，通过反相色谱柱对SRM 1950标准血浆中的酰基肉碱进行分离；采用数据依赖性采集（DDA）模式，同时获取CID和EID碎片谱图；利用标准品对鉴定结果进行验证，并通过自定义算法对EID谱图进行去噪处理；最后通过碎片模式分析实现双键定位、分支链识别和羟基化位点确定。

仪器性能比较分析

研究人员首先对新型Sciex ZenoTOF 8600与上一代7600型号的性能进行了系统比较。结果显示，8600平台在灵敏度方面具有显著优势，Car 5:0的两种异构体峰面积提高了17-18倍，其他酰基肉碱的检测灵敏度平均提升约20倍。这种灵敏度提升主要归因于OptiFlow Pro离子源的改进、离子光学系统的优化以及新型四通道光学检测器的应用。更重要的是，在EID模式下，8600仅需95毫秒的积累时间就能获得高质量的碎片谱图，而先前的研究通常需要1秒左右的积累时间，这使得深度结构鉴定能够在液相色谱时间尺度内完成。

酰基肉碱的EID碎片特征

研究团队详细分析了酰基肉碱在EID条件下的特征碎片模式。与CID主要产生m/z 85.0284（三甲基铵丙酸片段）、m/z 144.1019（肉碱脱水片段）和m/z 162.1125（肉碱特征离子）等来自肉碱头基的碎片不同，EID产生了丰富的脂肪酸链特征碎片。研究人员观察到[M·]⁺自由基离子的形成，以及随后发生的脱羧反应产生的特征离子。特别值得注意的是，对于甲基分支的酰基肉碱，EID产生了m/z 216.1230和m/z 217.1308等诊断性碎片，为异构体区分提供了可靠依据。

结构表征结果

研究团队成功对SRM 1950中的35种酰基肉碱特征峰进行了深度结构注释。对于Car 5:0的两种异构体，他们通过特征碎片模式将其鉴定为2-甲基丁酰肉碱（Car 4:0;2Me）和异戊酰肉碱（Car 4:0;3Me），并通过商业标准品验证了鉴定结果。对于羟基化酰基肉碱如Car 16:0;3OH，研究人员观察到了m/z 232.1179等特征碎片，证实了3-羟基化修饰的存在。最引人注目的是，研究团队首次实现了不饱和酰基肉碱中双键位置的确定，通过分析碎片离子质量数的差异（单键对应14 Da，双键对应13 Da），成功确定了Car 18:1(9)和Car 18:1(11)等异构体中双键的具体位置。

技术优势与应用前景

该研究开发的EID方法在多个方面展现出显著优势：首先，它解决了传统CID技术无法区分结构异构体的难题，为临床诊断提供了更准确的生物标志物信息；其次，双键定位能力的实现为不饱和脂肪酸代谢研究开辟了新途径；最后，大幅缩短的积累时间使得深度结构分析能够与常规代谢组学分析同步进行，大大提高了工作效率。这些技术突破对于脂肪酸氧化紊乱（FAODs）、胰岛素抵抗、心血管疾病和神经退行性疾病的精准诊断具有重要意义。

本研究通过创新性地应用EID技术，成功突破了酰基肉碱结构解析的技术瓶颈。研究不仅证实了新型ZenoTOF 8600质谱仪在灵敏度方面的显著优势，更重要的是建立了一套能够在液相色谱时间尺度内完成酰基肉碱深度结构解析的方法体系。这一技术平台的建立，为代谢性疾病生物标志物的发现和验证提供了强大工具，有望在临床诊断和基础研究中发挥重要作用。随着该技术的进一步推广和应用，我们将能够更深入地理解脂肪酸代谢在生理和病理过程中的作用机制，为相关疾病的预防、诊断和治疗提供新的思路和方法。