声音专栏 | 婷姐还谈SWATH®采集技术(四)——药物研究，食品筛查，环境分析和毒物分析的应用

本期“婷视角”专栏，婷姐还谈“不朽的事物”——SWATH，介绍这项技术在药物研究，食品筛查，环境分析和毒物分析等研究中的前沿应用。

文章结构

1.上期内容回顾，本期内容概述；

2.SWATH^®在药物研究中的应用；

3.SWATH^®在食品筛查，环境分析和毒物分析领域的应用；

4.本期应用领域总结。

上期内容总结，本期内容概要

大家好，我们又见面了。上两期内容中我提到了SWATH^®在定量蛋白组学和代谢、脂质组学中的应用；实际上，SWATH不但可以应用于组学研究，还可以应用于药物研究，食品筛查，环境分析和毒物分析等诸多领域。本期内容，我们继续上两期内容，主要聊聊SWATH在组学以外领域的应用。

让我们先来看看药物和生物制药。

在药物研发过程中，无论大分子，还是小分子都需要进行体外或体内的药物生物转化研究，而药物生物转化面临的挑战就是：如何从体内复杂的内源性化合物中，找到含量低的目标药物代谢物，并对其进行定性和定量研究？比如：代谢稳定性研究就需要对代谢物的定性和定量研究。 SWATH 技术的全景式扫描能力，使其成为解决这一难题的有效手段。

早在2012年，SWATH 技术刚刚推出，日内瓦大学药学学院的Gérard 教授^[1]从代谢稳定性研究的视角出发，使用真实样本，评价了SWATH技术和DDA，MS^ALL的区别和特点。结果表明:SWATH 在4.5 min的有效洗脱时间内，实验结果优于DDA和MS^ALL，且SWATH类MRM检测的灵敏度类似于三重四极杆的水平。相比DDA，SWATH能更全面获得所有代谢物的二级谱图，用于代谢物鉴定，且可以进行二级定量（但DDA由于二级扫描的点数问题，无法进行二级定量）；和MS^ALL相比，SWATH因Q1隔离窗口窄，更少干扰，更容易进行代谢物的鉴定工作。这一特点特别后期大量的材料所证明^[2]（图1）。 

图1. A. SWATH^®100%代谢物覆盖率；B.因小的Q1窗口， SWATH 的MS/MS谱图质量与DDA相似，远远优于MS^All。

随着肽类和ADC等生物药物研究的热潮，人们也越来越关注生物药物的代谢研究；同小分子药物不同，生物药物在静脉注射入血后，会面临非特异性酶切和氨基酸的修饰，所以其代谢物变化，会比小分子药物更复杂。如何有效地采集到这些生物药物所有代谢物的一级和二级信息，是研究生物药物代谢的关键步骤。因为SWATH技术采集数据的简便性和信息的全面性，也成为了生物药物代谢物研究的主要手段。再加上SCIEX公司推出了MetabolitePilot^TM2.0软件，该软件独特的算法支持肽类和ADC代谢物研究，并支持SWATH数据处理，使得其成为业内能进行肽类和ADC药物代谢物分析的独特软件^[3][4]。作者Ian^[5]将多个肽类药物，在大鼠全血中或血浆中一起孵育，质谱运行时间7min，每个肽段的洗脱时间在3.2到3.7分钟之间，每个峰仅仅6s；在这样一个快速洗脱的方法中，使用SWATH采集数据，保证每个代谢物和原药一级和二级色谱峰7个扫描点，且采集到了所有发现代谢物的MS/MS信息。

刚刚介绍了在药物代谢物研究，SWATH 的另一个成熟应用是生物制药中的HCP(Host Cell Protein, 残留宿主蛋白)定量（生物药肽图表征也是SWATH^®的成熟应用，这里就不多说了）。大部分科学工作者认为HCP使用ELISA方法检测，实际上，在生物药物研发早期，发现HCP，同时对其定量，质谱相比ELISA方法能发现更多HCP的细节信息，而被认为是黄金标准。HCP，故名思意，在生物制品中的含量极低，通常和主成分有100,000倍的浓度差异，如何保证所有的HCP能被检测，且准确定量。SWATH 采集的高灵敏度和重现性， 正是HCP定量所需要的。Justin^[6]先采用IDA进行HCP 鉴定，而后采用MicroLC-SWATH-MS技术，运行30mins, 定量分析HCP。结果表明：SWATH 可达到10ppm的定量下限，多天测试相同样品，CV%低于10%。

在药物研究领域，PEG化药物能减慢药物的代谢速率，减少毒性，所以在抗癌药和生物药物中，常常看见PEG化药物的身影。但PEG是聚合物，非单一分子量，用传统MRM方法定量，很难实现。吉林大学的顾景凯教授^[7]开创性地使用SWATH技术对鼠体内PEG和PEG化药物进行定量测定，为聚合物的体内、外定量测定提供了新思路。

介绍完药物和生物制药领域，让我们来看看SWATH^®在食品筛查，环境分析和毒物分析领域的应用。在这些领域，SWATH^®主要发挥其灵敏度和信息全的优势， 来进行农兽药筛查和毒物筛查工作。

欧盟农残参比实验室（EURL-FV）^[8]使用SWATH^®技术进行婴儿食品中的农药筛查. 结果发现：在定量方面，SWATH^®的类MRM扫描使一些农药得灵敏度提高了6倍 ；同时，在定性方面，SWATH^®能提供更丰富的， 如多个碎片的离子峰度比信息，且每个碎片的偏差<5ppm。同样，该实验室使用^[9]SWATH^®技术对水果泥和果汁材料的塑料包材迁移物进行筛查，使用Chemspider和MetLin数据库进行鉴定，共发现26个潜在迁移物。

在毒物筛查方面，作者Andreas^[10]使用SWATH对血液样本中382种毒物进行筛查，无论样本中含有多少毒物，SWATH方法基本为100%的筛查覆盖率，显著高于DDA模式（图2）。

图2. 毒物筛查，无论样本中含有多少毒物，SWATH^®方法基本为100%的筛查覆盖率，显著高于DDA模式

介绍了这么多，大家可以理解到，如果您涉及下面领域的研究，您可以使用SWATH来解决“发现覆盖率“，和“高通量定量灵敏度”的问题。

1.药物、毒物的体内、外生物转化；以及环境降解；

2.生物药物的HCP高灵敏定量；生物药肽图表征；

3.高分子聚合物的体内、外定量；如： PEG和PEG化药物；

4.农，兽残，毒物的筛查工作。

这期栏目就到这里，结合上两期内容，我介绍了SWATH在蛋白组学，代谢、脂质组学，药物研究，食品筛查，环境分析和毒物分析等诸多领域的应用。下期内容我们来聊聊今年ASMS发布的Scanning SWATH^®技术。尽请期待！

参考文献：

1.High-resolutionmass spectrometry for integrated qualitative and quantitative analysis of pharmaceuticals in biological matrices;  Anal Bioanal Chem;

2. Comparison of Information-Dependent Acquisition, SWATH, and MSAll Techniques inMetabolite Identification Study E mploying Ultrahigh-Performance LiquidChromatography-Quadrupole Time of-Flight Mass Spectrometry;  Anal Chem;

3. Therapeutic Peptide Catabolite Identification using MetabolitePilot™ 2.0 Software and theTripleTOF^® 6600 System;  Sciex Technote; 

4. Metabolite Identification of Payload Species of Antibody Drug Conjugates with Noncleavable Linkers using MetabolitePilot™ 2.0 Software and TripleTOF^® 6600 System;  Sciex Technote; 

5. Rapid Peptide Catabolite ID using the Routine Biotransform Solution;  Sciex Technote; 

6. High Sensitivity Host  Protein Quantitation inan IgG1 Monoclonal Antibody Preparation via Data-Independent Acquisition; Sciex Technote; 

7. Simultaneous quantitative analysis ofpolyethylene glycol (PEG), PEGylated paclitaxel and paclitaxel in rats by MS/MSALL technique with hybrid quadrupole time-of-flight mass spectrometry;  Journalof Pharmaceutical and Biomedical Analysis;

8. Improvementsin identification and quantitation of pesticide residues in food by LC-QTOFusing sequential mass window acquisition (SWATH^®); Analytical Methods;

9. High-resolutionmass spectrometry with data independent acquisition for the comprehensivenon-targeted analysis of migrating chemicals coming from multilayer plastic packaging materials used for fruit purée and juice;Talanta;

10. Liquid Chromatography, in Combination with a Quadrupole Time-ofFlight Instrument (LCQTOF), with Sequential Window Acquisition of All Theoretical Fragment-IonSpectra (SWATH) Acquisition: Systematic Studies on Its Use for Screenings inClinical and Forensic Toxicology and Comparison with Information-DependentAcquisition (IDA); Analytical Chenistry;

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