细胞应激生物学国家重点实验室、福建省药物新靶点研究重点实验室、药学院高祥副教授团队与电子科学与技术学院董继扬教授、化学化工学院赵玉芬院士合作在含氨基代谢物异构体鉴定技术研究方面取得重要进展，相关成果以“Comprehensive Profiling of Amine-Containing Metabolite Isomers with Chiral Phosphorus Reagents”为题在线发表在Analytical Chemistry杂志(DOI:10.1021/acs.analchem.3c02325)
代谢物异构体包含结构异构体和立体异构体。在生物系统中，分子式相同但化学结构不同的结构异构体分子和立体异构分子是普遍存在的，它们各自发挥着独特的功能。氨基酸、小肽、脂类、碳水化合物连接异构体和修饰的核苷酸等结构异构体在初级代谢的特定条件下发挥着重要作用。同时，生物的同手性是地球上生命的一个复杂特征。代谢物的手性与多种代谢性疾病密切相关，包括癌症、糖尿病和神经退行性疾病等。生物进化通过产生了氨基酸消旋酶和D-氨基酸氧化酶等特异性酶，用于手性氨基酸的高效合成和选择性降解。在这种情况下，一个分子式可以产生多种的代谢异构体化学结构，扩展了多维化学空间，具有更多的生物学功能。然而，在非靶向代谢组学分析中，由于具有相似的化学结构和理化性质，区分含氨基代谢物的构造异构体和对映体仍然是一个很大的挑战。
该研究基于稳定同位素标记N-磷酰化-L-丙氨酸结构设计了三标定量手性磷试剂，试剂的结构包含三个主要功能成分：用于提高灵敏度的中性磷酸基团、用于手性分离的L-丙氨酸残基和用于衍生化氨基的N-羟基琥珀酰亚胺酯。该手性磷试剂具有以下特点：（1）可以提高ESI过程中含氨基代谢物的电离效率，尤其对于低浓度的含氨基代谢物；（2）手性磷试剂与含氨基代谢物反应后的衍生化产物由于衍生化基团的加入，能增加物质的二级碎片离子，通过对比离子的特征碎片，可通过直接二级质谱区分结构异构体；（3）在色谱上可以增加含氨基代谢物的保留时间，尤其对于极性强的含氨基代谢物；（4）结合LC-MS/MS技术，可以有效分离氨基酸和其他含氨基代谢物的结构和手性异构体。
手性磷试剂结合LC-MS/MS技术，成功建立了一种同时鉴定含氨基代谢物的手性异构体和结构异构体的方法。19对氨基酸对映体的色谱分离度均大于1，其中有15对氨基酸对映异构体的色谱分辨率大于1.5，充分说明手性磷试剂对蛋白质源手性氨基酸具有较好的分离效果。手性磷试剂对L/D氨基酸衍生化产物离子信号强度接近1:1，说明L/D不同构型的氨基酸没有特异性选择，质谱电离效率相同；手性磷三标试剂与同一含氨基代谢物的衍生化产物，在一级质谱上表现出相差3 Da质量差的离子，三个离子信号强度接近1:1:1。
为了高通量分析含氨基代谢物及其异构体，开发MS Isomerism软件，结合手性磷试剂和LC-MS/MS技术，发掘并鉴定了不同种类肝细胞的含氨基代谢物和同分异构体，并相对定量肝细胞和正常细胞中的含氨基代谢物。在5种肝癌细胞和1种正常肝细胞中检测到854个潜在的含氨基代谢物和154组含氨基代谢物异构体；肝癌细胞相对正常肝细胞有37个含氨基差异代谢物，包括氨基酸、多胺和多肽等。此外，发现约有24%的特征峰不能与数据库匹配，说明存在许多未知的含氨基代谢物。这一研究中，首次确定S-乙酰谷胱甘肽是肝细胞的内源性代谢物。这项研究为复杂生物中含氨基代谢物及其同分异构体提供了一种有效的方法和策略。手性磷试剂在同分异构体代谢组学分析中的可行性，可以加深对生命镜像化学的认识，进一步推动疾病诊断新标志物的发现。
高祥副教授、董继扬教授和赵玉芬院士为本文共同通讯作者，厦门大学博士研究生刘星星（药学院与电子科学与技术学院联合培养）为第一作者。本研究得到香港浸会大学环境与生物分析国家重点实验室蔡宗苇教授的大力支持和指导。该研究得到国家重点研发计划项目（2020YFA0608300）、国家自然科学基金（22274136、92256203和82372087）等项目经费支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.3c02325
