空间代谢组专题 (二)：最全的基质选择指南

通过空间代谢组专题(一)：最全的样本准备操作指南（点开即可查看），了解了样本怎么准备，那么接下来最重要的步骤就是基质喷涂了。基质是与待测物共结晶存并吸收激光能量以防止激光直接照射破坏待测物。待测样品分散在基质中，基质有效地吸收一定波长的脉冲激光的能量，然后均匀地传输到样品中，使样品瞬间蒸发并离子化。大量的基质有效地分散了待测样品，从而减少了待测样品分子间的相互作用。

基质的选择是MALDI分析中最重要的步骤之一。理想的基质通常具有以下特性：在所使用的激光波长下具有强电子吸收性，较好的真空稳定性，较低的蒸气压以及与固态分析物的良好混溶性。

那么该如何选择什么基质呢？基质的选择主要取决于所用激光的波长，其次是待测物的性质。通常，高极性分析物在高极性基质中更好，非极性分析物最好与非极性基质结合使用。下面我们先通过一篇文章看一下基质选择（太长不想看也可以直接翻到最后有常用基质总结）。

基质合成方法

基质合成路线如下图，市售的COOH-NH₂（I）是合成的初始反应物，首先用氢化铝锂LAH还原COOH-NH₂（I），然后与MnO₂进行氧化反应，生成醛CHO NH₂（II）。然后将CHO-NH₂（II）修饰为乙酰胺衍生物CHO-NHAc（III）。同时，COOH-NH₂（I）氨基上的一个H被烷基（-CH₃）取代以获得衍生物COOH-NHMe（IV）。本研究采用的反应简易，且以高产率（> 50％）生成目标分子。

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基质合成路线

不同基质比较

通常，正离子为质子化如钠离子或钾离子（[M + H] +，[M + Na] +和[M + K] +），负离子为去质子化离子（[MH]-）。因此，为了量化合成基质的可行性，基于密度函数理论（DFT）进行理论计算，以获取相应的质子亲和力（PA）和去质子化能量（DE），其值可以了解分别产生[M + H] +和[MH]-的趋势。在合成基质中，COOH-NHMe（IV）表现出相对较高的PA和较低的DE，因此有望在正负两种模式下成为合适的基质，可与仅适用于正或负离子模式的商业基质相比较，显示出其在实际基质应用中的巨大潜力。

不同基质密度函数理论计算比较

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不同基质脂质和蛋白强度对比

将合成基质与一些最具代表性的商业基质进行比较，如下图，每一列为脂质或蛋白质，每一行为一种基质，红色表示正离子模式，蓝色表示负离子模式，颜色越深表示相对信号强度越大。与其他基质相比，COOH NHMe（IV）作为基质分析的脂质显示出最高的信号强度，且不管是正离子模式或是负离子模式蛋白质丰度也较高。其次是用于脂质检测的1,5-DAN。2,5-DHB和CHCA负离子丰度较低，通常用于正离子检测中，9-AA和1,5-DAN适用于负离子检测。

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不同基质脂质和蛋白强度比较

质谱成像评估

为了证明COOH-NHMe（IV）可以检测脂质分布，将其用作小鼠冠状大脑切片MALDI-TOF MSI的基质。在正离子模式下，磷脂酰胆碱PC（36：1）主要分布于大脑白质，而PC（32：0）主要分布于灰质中，与使用其他基质的先前报道相符。在负离子模式下，磷脂酸PA（34：1），磷脂酰乙醇胺PE（36：1），磷脂酰丝氨酸PS（36：0），磷脂酰肌醇PI（38：4）主要分布于灰质中，二肉豆蔻酰基磷脂酰乙醇胺DMPE（34：1p）和磷脂酰甘油PG（40：6）主要分布于白质中。因此，可以通过MALDI TOF MSI成功地在一个实验中同时获得带有正离子和负离子的脂质的非靶向分子成像。尽管由于设备的限制，大多数测试限制在空间分辨率80 µm真空2小时，但该基质有可能能够执行高空间分辨率成像，有可能实现5 µm 空间分辨率质谱成像。

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质谱成像评估结果