开发用于脑脊液中多种β淀粉样肽的SPE/LC/MS/MS定量测定方法

发布时间： 2011-05-09 11:00 来源：沃特世科技（上海）有限公司

引言

β淀粉样肽（Aβ）的不溶性聚集物在脑中沉积／形成被看作为早老性痴呆病（AD）的一个关键事件。治疗策略集中于用以减少β淀粉样肽生成或提高其清除水平的小分子抑制剂或免疫疗法。因此，找到能对脑脊液中的淀粉样肽进行高灵敏且稳定可靠的定量分析方法以确定其与AD关系对很多研究者来说至关重要。然而，对这些Aβ肽的分析极具挑战性，这不仅因为其在生物液体内的丰度相对偏低，而且也因为它们可能被其它蛋白质结合并具有形成低聚体的趋势。

这些肽的测定常规采用免疫测定法（因其选择性和灵敏度）或者通过冗长的免疫沉淀之后再进行SPE。免疫测定所需的方法开发时间比LC/MS/MS方法开发时间长；它们需要对多种Aβ肽进行多次测定，并且与LC/MS/MS相比其线性动态范围有限。免疫测定存在交叉反应性和非特异性结合，需要使用价格昂贵的抗体，并且样品／标本的富集依赖于抗体的选择性。免疫测定的劳动强度大，并且测定不准确和基质干扰也是常见的问题。因此，需要开发一种基于LC/MS/MS的高通量、选择性好的生物分析方法，使样品制备能够实现在存在高浓度干扰蛋白和肽的情况下回收得到pg/mL水平的淀粉样肽。

虽然开发免疫测定方法所需的时间在后期药物发展过程中是可接受的，但在较早的阶段中则几乎不切实际；这时，如能有一种可定量多种肽的高通量且可靠的方法则是众望所归。

本研究工作集中于开发用于淀粉样前体蛋白（APP）的1-38、1-40和1-42片段的LC、MS和选择性SPE样品制备方法，以支持临床前研究。使用单一、高通量方法用于多种Aβ肽的分析测定而无需耗时的免疫沉淀步骤，被成功开发并经过验证。特别是，Aβ类肽存在很多独特的分析挑战，其中包括非特异性结合、溶解性差、聚集和质谱灵敏度偏低。在方法开发各阶段所进行的步骤尽可能减小或消除了这些问题所带来的影响。

随着AD病情缓解策略的出现，对除了Aβ 38、40和42之外的多种可能与AD病征相关的Aβ进行定量分析可有助于提供关于此病及其发展过程的更多认识。本文所述的方法也有可能进行相应的修改，以使其适用于那些肽的定量分析。

β淀粉样1-38肽，分子量4132，pI 5.2

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β淀粉样1-40肽，分子量4330，pI 5.2

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β淀粉样1-42肽，分子量4516，pI 5.2

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图1：β淀粉样肽1-38、1-40和1-42的氨基酸序列和pI数据

实验

UPLC^®方法的条件

色谱柱： ACQUITY UPLC^® BEH C₁₈，300Å，2.1×150nm，1.7µm

流动相： A：0.3% NH₄OH（按体积计算）的水溶液

B：90%乙腈，10%流动相A

梯度： 90% A保持1分钟，5.5分钟内降低至55% A并保持0.2分钟，然后返回至初始水平

流速： 0.2 mL／分钟

进样量： 10µL

温度： 50℃

质谱条件

系统：沃特世Xevo^TM TQ三重四极杆质谱仪，在ESI+MRM模式下运行

去溶剂化气体流速：800L／小时

源温度：120℃

去溶剂化温度：450℃

碰撞室压力：2.6×10^(-3)毫巴

MRM跃迁态和条件：见表1

样品预处理

用5M盐酸胍以1:1的比例稀释200µL脑脊液（人脑脊液、猴脑脊液或加标人工脑脊液+5%大鼠血浆），并在室温下振摇45分钟。然后，用200µL 的4%H₃PO₄水溶液进一步稀释样品。

注意：对于加标样品而言，在加标后、用盐酸胍稀释前，可在室温下让样品平衡30分钟。

固相萃取（SPE）

基于µElution 96孔型的Oasis^®MCX

预处理：200µL甲醇

平衡：200µL 4% H₃PO₄水溶液

上样：600µL预处理后的样品

清洗1：200µL 4% H₃PO₄水溶液

清洗2：10% ACN水溶液

洗脱：2×25µL 75:15:10 ACN:水:NH₄OH浓溶液

稀释：25µL水

进样量：20µL

肽名称	前体离子	产物离子	产物离子ID	锥孔电压（V）	碰撞能量（eV）
β淀粉样1-38肽	1033.5	1000.3	b 36	33	23
β淀粉样1-38肽的N15内标	1046	1012.5		30	22
β淀粉样1-40肽	1083	1053.6	b 39	33	25
β淀粉样1-40肽的N15内标	1096	1066.5		35	22
β淀粉样1-42肽	1129	1078.5	b 40	28	30
β淀粉样1-42肽的N15内标	1142.5	1091.5		35	28

表1：β淀粉样肽及其N15标记型内标的MRM跃迁态和质谱条件

结果和讨论

开发这些方法所遇到的最大挑战就是克服溶解性、吸附性和聚集性问题并获得能满足该应用要求的足够选择性和灵敏度。适当的流动相和进样溶剂构成以及明智选择SPE洗脱溶剂仅仅是应对这些问题的几个关键因素。

质谱分析

质谱分析在正离子模式下进行，因为4+前体的CID产生了几种与固有的特异性b序列离子相对应的不同产物离子（典型光谱如图2所示）。负离子模式下的MS/MS出现了明显的水分流失。图3给出了关于两种方法特异性区别的一个示例。虽然对于溶剂标准品时使用负离子模式的总体灵敏度较高，但在基质存在时负离子模式的灵敏度优势减弱，而正离子模式下的特异度和信噪比的提高对于脑脊液样品中的准确定量具有决定性作用。

超高效液相色谱分析

图4显示了对这三种β淀粉样肽的分离情况。虽然流动相中NH₄OH的精确百分比对负离子灵敏度具有关键作用，但ESI+模式下的信号经证实对流动相构成的细微变化更具稳健性，可使液相色谱／自动取样器至少在24小时以上的时间段中保持稳定。与此相反，50%或以上的ESI-信号在10-12小时后因流动相中NH₄OH浓度的自然变化（挥发）而损失。这进一步强调了ESI+MS方法的稳健性。

固相萃取（SPE）

SPE使用Oasis^® MCX（一种混合模式的吸附剂）进行，以加强萃取过程的选择性。该吸附剂同时依赖于反相和离子交换保留机制，以从复杂脑脊液样品中的其它高丰度多肽中选择性分离β淀粉样肽组分。使用特定的96孔Oasis^® µElution提供了明显的浓缩效果，无需溶剂挥干和复溶，从而尽可能减少了肽损失。此外，通过离子交换进行肽结合为整个方法提供了正交性。

在最初的方法开发过程中，萃取人工脑脊液时观察到了大量非特异性结合（NSB）。我们添加了5%大鼠血浆（有一个不同的β淀粉样肽序列），以消除NSB。

SPE是整个方法中较为重要的环节之一。对淀粉样组分选择性极高的分离再加上标准流速下UPLC的分辨率实现了对临床前研究样品的超快分析。

线性、准确度和精确度

对每种肽均使用了N15标记型内标。对于0.1-10ng/mL人工脑脊液+5%大鼠血浆的等分样本，三种β淀粉样肽的标准曲线均呈线性。β淀粉样1-38肽的典型标准曲线如图5所示。淀粉样肽的基线水平根据同时使用过量加标的人脑脊液和“人工脑脊液+5%大鼠血浆”而得到的两条标准曲线进行定量分析，基线水平的计算值没有统计学意义上的差异。选择人工脑脊液是因为它的价格不贵，而且是一种比较易得的基质。从3种人脑脊液和1种猴脑脊液萃取得到的β淀粉样1-42肽的基线水平如图6所示。所有3种β淀粉样肽的基线水平测定值的统计结果如表2所示。

用3种人脑脊液混合样品和1种猴脑脊液混合样品配制了0.2、0.8、2和6ng/mL的过量加标的质控样品。准确度和精确度数值符合LC/MS/MS测定的控制标准。质控样品分析的典型结果如表3所示。