质谱法的八个新兴应用
质谱(MS)的历史可以追溯到1918年，J.J.汤普森发现了常见元素的新同位素，如氯。各国政府立即认识到质谱法的潜力，并在战争中用于发展早期核武器。慢慢地，质谱仪转向了化学、石油工业和生物技术公司。MS的革命性使用始于微电子学的引入和材料科学的进步，仪器变得用户友好和易于使用。最后，用于分析物识别和确认的独立质谱仪器，转换为计算机接口的现代质谱仪，耦合到分析前端。这些新形式是解决复杂科学问题的完整分析系统。
质谱法通过电离和测定带电分析物分子的质量来工作。串联质谱法的引入使其迅速扩展到新的科学领域。这篇文章强调了一些广泛的应用，可以实现使用质谱。
1.代谢组学的快照
代谢组学是对生物系统中所有小分子代谢物的分析。考虑到系统的复杂性以及内部和外部的干扰，分析这一点非常具有挑战性。但是，质谱结合液相色谱(LC-MS)代谢组学应用显著改变了其在药物发现和开发中的应用。
这里值得一提的一个例子是使用高含量LC-MS/MS分析来研究细菌中的肽聚糖途径反应和了解抗生素耐药性[1,2]。通过这些研究，可以以最小的耐药几率确定新的药物靶点。此外，代谢组学研究可以提供个体化的患者护理，以治疗细菌感染，而不会产生抗生素耐药性的风险。
2.生物标志物的发现
LC-MS将检测和量化的极限推向了生物标志物的研究。使用质谱对健康人和病人的生物标本进行比较分析，可以很容易地确定两个样本在代谢物或蛋白质或脂类方面的显著差异。有时，质谱可以定量ng- fmol范围内的生物标志物，这是传统方法无法实现的。
一个很好的例子是癌症患者的侧写分析。许多论文已经使用这种技术来发现疾病的唯一标识符[3,4]。最近的一项研究[5]显示，循环肿瘤DNA的定量作为一种诊断标记，使用质谱技术进行1)肝脏疾病的识别和鉴别2)确定治疗反应。
3.生物制剂front-screening
从传统的基于配体的分析向基于质谱的分析的转变增加了生物技术行业的实用价值。近年来，蛋白质药物和单克隆抗体的数量不断增加，但目前还没有快速定量的方法来区分蛋白质的异构体，或确定蛋白质是活性的还是折叠的等。质谱法克服配体分析的这些缺点的能力已经占据了中心舞台，目前正在探索生物制剂的定量。
考虑到质谱分析的特异性，这种方法目前被用来补充传统的方法。目前，MS方法被用于研究不同疾病中蛋白质的不同翻译后修饰。这有助于患者分层和具有成本效益的快速临床样本分析。
4.基因组学和表观遗传学应用
癌症是以功能基因突变为特征的一种众所周知的疾病。最近的研究表明表观遗传学在引起癌症和其他相关疾病方面的重要性。这些表观遗传变化可以很容易地用质谱来量化。色谱分离在以前和现在都是一个挑战，随着HPLC和质谱技术的最新进展，这种方法已经成为可能。
例如，在急性髓系白血病中，基因突变和表观遗传TET效应在控制疾病状态[7]中起着重要作用。在本研究中，LC-MS技术可以用于探索潜在的生物学，研究治疗反应和确定新的药物靶点。
5.法医实验室
你知道我们在机场发现的探测器传感器不过是小型质谱仪吗?它们被用作国土安全检查，以识别非法药物、爆炸性化合物、外来物质或确认药物滥用。类固醇的过度使用，尤其是运动员和名人，可以很容易地用MS来测量。在法医研究中，MS在识别嫌疑人留下的几乎无法检测到的痕迹方面真的很方便。在毒理学研究中，MS通过分析血液样本来检测潜在的毒素。这将有助于确定受害者血液中的毒药剂量，并确定该人[8]的时间和死亡。
最近的一项科学进展是，仅通过简单的吸入器质谱系统就可以分析人体肺部的尼古丁水平(吸烟)或化学污染物。
6.新生儿筛查
在过去的25年里，随着科学的进步，我们能够通过MS/MS[9]来筛查新生儿患心血管疾病或糖尿病等疾病的风险。与传统的新生儿筛查方法相比，这种方法提供更少的假阳性，并包括对不同生物标本的测试。例如，溶酶体储存障碍在儿童时期是无症状的，但随着症状发展到晚期。MS有能力通过生物标志物或基于代谢组学的研究来识别分娩期间的这些类型的风险。
7.地质与空间科学
质谱的另一个令人兴奋的应用是天文学和环境科学。质谱可以测定太阳风中的元素和同位素，记录气候变化，或者通过分析岩石中的石油前体在地理上定位石油矿床。因此，MS仪器被NASA广泛用于探索宇宙。例如，土星的大气分析其空气成分和质量，以估计该行星上化学物质和毒素的百分比。
8.食物的味道
质谱在食品工业中被用于农药检测、过敏原等，并在食品投放市场前检查其质量。该应用程序主导了供应链和产品安全部门对MS的使用。
例如，蜂蜜，日常成分不断掺入磺胺，随着时间的推移，会导致消费者对抗生素产生耐药性。采用质谱法可以快速测定蜂蜜中磺胺类化合物的含量。
著名的墨西哥辣椒丑闻和马肉丑闻就是其中的几个例子，通过MS检测来检测微生物和特定的蛋白质生物标志物，以检查他们食品中使用的肉类质量。
想象力和创造力是极限
关于质谱及其用法有许多误解——通常，它被想象成一个巨大的仪器，使用这种技术进行样品分析是非常复杂和具有挑战性的。实际上，质谱仪器结构紧凑、准确、易用、灵活、快速。数据分析由用户友好的自动化软件执行，甚至可以用于发现。
使用质谱作为法医探测器、新生儿筛查工具、呼吸分析仪和抗生素耐药性分析技术是一些应用，而且随着最近技术的新进展，还有更多的应用。我们可能并不总是意识到这一点，但是，质谱在我们的日常生活中经常使用。
传记
Harika Vemula，分析化学博士，在分析方法开发，色谱分离，MS/MS，代谢组学和抗体方面有很强的背景。她目前在美国密苏里州默沙东公司的分析研发部门担任高级科学家。
参考文献
1.王志强，王志强，王志强(2016)金黄色葡萄球菌胞质肽聚糖中间体水平的研究。生物化学121:72-78。
2.Vemula H, Bobba S, Putty S, Barbara JE, Gutheil WG(2014)基于离子对液相色谱-串联质谱的金黄色葡萄球菌细胞壁生物合成途径中尿苷二磷酸连接中间体的定量分析。肛交生物化学465:12-19。
3.袁j(2016)个体化癌症免疫治疗中的循环蛋白和抗体生物标志物。中华免疫杂志4:46。
4.黄伟，齐晓波，吕文文，谢敏，冯玉青，等。(2016)质谱法检测循环肿瘤细胞DNA和RNA甲基化。肛交化学88:1378-1384。
5.林晓玲，高建华(2016)慢性乙型肝炎治疗中生物标志物的新视角
6.陈涛，陈涛，陈涛(2015)人类疾病中DNA甲基化机制的遗传改变。表观基因组学7:247-265。
7.Jaiswal M, Bhar S, Vemula H, Prakash S, Ponnaluri VK，等。(2017)TET2 5-甲基胞嘧啶去甲基酶的便捷表达、纯化和定量液相色谱-串联质谱分析。蛋白质表达蛋白Purif 132: 143-151。
8.Ojanpera I, Kolmonen M, Pelander A(2012)目前高分辨率质谱在与临床和法医毒理学和兴奋剂控制相关的药物筛选中的应用。肛门生物肛门化学403:1203-1220。
9.Ombrone D, Giocaliere E, Forni G, Malvagia S, la Marca G(2016)扩大新生儿质谱筛查:新测试，未来展望。质谱仪Rev 35: 71-84。
