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        衍生化LC-MS/MS法測定大鼠血漿中內(nèi)源性谷胱甘肽的含量

        2018-05-04 07:58:22徐鵬遙蘇夢翔
        中國藥科大學(xué)學(xué)報 2018年2期
        關(guān)鍵詞:清液內(nèi)源性谷胱甘肽

        徐鵬遙,楊 漾,蘇夢翔*,狄 斌**

        (中國藥科大學(xué) 1江蘇省藥物分子設(shè)計與成藥性優(yōu)化重點實驗室;2蛋白質(zhì)化學(xué)與結(jié)構(gòu)生物學(xué)重點實驗室;3藥物分析系,南京210009)

        谷胱甘肽(glutatione)[1]是一種由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸結(jié)合且含有巰基的三肽,具有抗氧化及整合解毒的作用。谷胱甘肽不僅作為內(nèi)源性物質(zhì)參與生命活動,在臨床上也有著廣泛應(yīng)用。主要用于治療重金屬、氟化物等中毒以及輔助治療肝炎、溶血性疾病、白內(nèi)障等疾病,其含量水平與機(jī)體健康息息相關(guān)[2]。

        谷胱甘肽體內(nèi)分析最大的難點在于它的不穩(wěn)定性,其在血漿中能迅速轉(zhuǎn)化為氧化型谷胱甘肽,增加了樣品的測定難度。血漿中谷胱甘肽及氧化型谷胱甘肽的比值是反映機(jī)體氧化損傷的重要指標(biāo),從20世紀(jì)50年代起,研究者就開始建立谷胱甘肽的各種測定方法。目前主要包括熒光光譜法、HPLC法、HPCE法及質(zhì)譜法等[3-7],其中LC-MS/MS法是現(xiàn)今最常用的測定谷胱甘肽的方法。在已有的文獻(xiàn)報道中[8-10],對谷胱甘肽進(jìn)行直接測定的定量限多在50~200 nmol/L之間,靈敏度和選擇性都不能滿足生物體內(nèi)樣本分析的要求。對谷胱甘肽進(jìn)行衍生化能夠有效保護(hù)半胱氨酸中的殘基,避免谷胱甘肽被氧化,使得測定值更加接近實際值。目前利用衍生化法測定谷胱甘肽的定量限多集中在1~100 nmol/L之間[11-13]。但現(xiàn)有的衍生化法存在靈敏度低、前處理復(fù)雜、重復(fù)性差等問題。隨著對谷胱甘肽研究的不斷深入,如何解決干擾、快速并準(zhǔn)確的測定復(fù)雜樣品中谷胱甘肽的含量成了研究熱點之一。

        本研究將新型季銨衍生化試劑4-(N-馬來酰亞胺)苯基三甲基碘化銨(MPTA)應(yīng)用于谷胱甘肽在大鼠血漿中的測定,并進(jìn)行方法學(xué)驗證。極大地提高了對谷胱甘肽測定的靈敏度,最終定量下限可達(dá)到10 pmol/L左右。目前尚未有文獻(xiàn)對大鼠血漿中內(nèi)源性谷胱甘肽的測定進(jìn)行報道。少量文獻(xiàn)對測定人體血漿中谷胱甘肽的含量進(jìn)行了報道[14-16],由于谷胱甘肽的不穩(wěn)定性及分析方法的不同,使得這些研究的測定結(jié)果存在著很大差異。此外,在內(nèi)源性谷胱甘肽的測定中,大量含巰基的內(nèi)源性蛋白會對樣品的衍生化產(chǎn)生較大的干擾,也會使測定結(jié)果存在差異。因此本方法對生物體內(nèi)谷胱甘肽準(zhǔn)確的定量、定性分析,以及其存在狀態(tài)的正確評價有著重要的臨床意義。

        1 材 料

        1.1 藥品與試劑

        乙腈(色譜純,美國默克公司);甲酸(色譜純,美國天地公司);MPTA(自制,純度大于98%);甘氨酰酪氨酸內(nèi)標(biāo)(上海阿拉丁生化科技有限公司,純度大于98%),L-還原型谷胱甘肽(GSH,上海阿拉丁生化科技股份有限公司,純度大于98%)水淡超純水。

        1.2 儀 器

        Shimadzu 2010高效液相色譜儀(日本島津公司),含在線真空脫氣機(jī)、四元梯度泵、恒溫自動進(jìn)樣器、柱溫箱;Thermo TSQ質(zhì)譜儀(美國賽默飛世爾公司),含電噴霧離子源ESI、Xcalibur數(shù)據(jù)工作站;BS 21 S十萬分之一分析天平(德國賽多利斯公司);XHF-1高速分散器(上海金達(dá)生化儀器廠);PL5242純化水制備系統(tǒng)(美國頗爾公司);D3415R低溫高速離心機(jī)(美國BioTool公司)。

        1.3 動 物

        雄性SPF級SD大鼠,體重(200±20)g,由上海杰思捷實驗動物有限公司提供,許可證號:SCXK(滬)2013-0006。

        2 方 法

        2.1 色譜條件

        色譜柱:Zorbax HILIC PLUS色譜柱(4.6 mm×100 mm,3.5μm);預(yù)柱:菲羅門 C4(4.0 mm×2.0 mm);流動相:乙腈-水(含 0.1%甲酸)(75∶25);流速:1 mL/min;柱溫:35℃。內(nèi)標(biāo):甘氨酰酪氨酸。

        2.2 質(zhì)譜條件

        離子化方式:ESI;掃描方式:選擇反應(yīng)監(jiān)測(SRM);離子極性:正離子;檢測:谷胱甘肽原型監(jiān)測離子為m/z308.06→179.00(M+H)+,碰撞電壓為25 eV。谷胱甘肽衍生化產(chǎn)物監(jiān)測離子為m/z538.20→265.02(M+H)+,碰撞電壓為35 eV。內(nèi)標(biāo)監(jiān)測離子為m/z239.14→91.05[M+H]+,碰撞電壓為40 eV。

        質(zhì)譜參數(shù)為:噴霧電壓4 000 eV;毛細(xì)管溫度350℃;鞘氣壓力30 psi(1 psi=6 894.8 Pa);反吹氣壓力1 psi;套管透鏡補(bǔ)償電壓67 V;源內(nèi)碰撞解析電壓8 V。

        2.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液及內(nèi)標(biāo)溶液的配制

        2.3.1 谷胱甘肽儲備液的配制 精密稱取樣品約10 mg,置 100 mL量瓶中,用稀釋液(乙腈-水-甲酸,50∶50∶0.1)溶解并稀釋至刻度,搖勻,制成每1 mL中約含谷胱甘肽0.1 mg的溶液作為母液,-80℃保存?zhèn)溆谩?/p>

        2.3.2 內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)品儲備液的配制 精密稱取甘氨酰酪氨酸約10 mg,置10 mL量瓶中,用稀釋液溶解并稀釋至刻度,搖勻,制成每 1 mL中約含1.0 mg的溶液,作為母液,以稀釋液稀釋制成質(zhì)量濃度為50μg/mL的內(nèi)標(biāo)儲備液。-80℃保存?zhèn)溆谩?/p>

        2.3.3 衍生化試劑溶液的配制 精密稱取MPTA約10 mg,置10mL量瓶中,用乙腈溶解并稀釋至刻度,搖勻,制成每1 mL中約含1.0 mg的溶液,作為衍生化試劑,最終稀釋成0.1 mg/mL,現(xiàn)用現(xiàn)配。

        2.3.4 谷胱甘肽-MPTA儲備液配制 將上述的谷胱甘肽儲備液與0.1 mg/mL的衍生化試劑進(jìn)行反應(yīng),反應(yīng)結(jié)束后加入過量的半胱氨酸與衍生化試劑反應(yīng)。按照反應(yīng)充分進(jìn)行計算得到每1 mL中含谷胱甘肽衍生物0.1 mg的溶液作為母液。-80℃保存?zhèn)溆谩?/p>

        2.4 前處理方法

        2.4.1 方法學(xué)樣品前處理 精密吸取血漿樣品50μL,置1.5 mL塑料尖頭離心管中,精密加入谷胱甘肽-MPTA溶液及內(nèi)標(biāo)溶液各5μL,加入乙腈100μL,旋渦 1 min后,4℃,12 000 r/min離心10 min,取上清液直接進(jìn)樣,取上清液10μL進(jìn)樣分析,按內(nèi)標(biāo)法計算血漿樣品中谷胱甘肽的濃度。2.4.2 血漿樣品前處理 精密吸取血漿樣品50μL,置1.5 mL塑料尖頭離心管中,精密加入內(nèi)標(biāo)溶液 5μL,加入衍生化試劑(0.1 mg/mL)100μL,20℃旋渦40min后4℃,12 000 r/min離心10 min,取上清液直接進(jìn)樣,取上清液10μL進(jìn)樣分析,按內(nèi)標(biāo)法計算血漿樣品中谷胱甘肽的濃度。

        3 結(jié) 果

        3.1 方法專屬性

        在本實驗所采用的色譜條件下,谷胱甘肽衍生物的出峰時間在2.85 min,內(nèi)標(biāo)出峰時間在1.58 min,峰形良好,基線平穩(wěn)。本實驗考察了大鼠空白血漿及方法學(xué)低濃度點樣品色譜圖,結(jié)果表明方法特異性好,樣品和內(nèi)標(biāo)測定不受干擾,專屬性結(jié)果見圖1。

        Figure 1 Representative SRM chromatogramsof a blank plasma sample(A);a blank plasma sample(B);a blank plasma sample spiked with the internal standard(IS)(C);and a blank plasma sample spiked with glutathione(GSH)at the limit of quantitation(3.000 ng/mL)(D)

        3.2 線性范圍

        精密吸取相關(guān)儲備液,配成模擬血漿質(zhì)量濃度為 3.000,10.00,30.00,100.0,300.0,1 000,2 000 ng/mL的血漿樣品。按照“2.4”項下方法學(xué)樣品處理方法同法處理,取10μL進(jìn)樣分析,分別記錄谷胱甘肽衍生物的色譜峰面積(As)及內(nèi)標(biāo)的色譜峰面積(Ai)。以谷胱甘肽衍生化產(chǎn)物峰面積與內(nèi)標(biāo)峰面積的比值(As/Ai)為橫坐標(biāo),以GSH的質(zhì)量濃度c(ng/mL)為縱坐標(biāo),進(jìn)行線性權(quán)重回歸(權(quán)重系數(shù)為1/c2):3.000~2 000 ng/mL。在不同天處理5條標(biāo)準(zhǔn)曲線,分別為:y=0.004 8x+0.136 4;y=0.008 0x-0.590 2;y=0.004 4x+0.266 7;y=0.002 7x+0.248 7;y=0.005 5x-0.082 3。

        血漿5條標(biāo)準(zhǔn)曲線平均比值回歸方程為c=183×-0.323 4,相關(guān)系數(shù)r為 0.997 1。按上述方法血漿中谷胱甘肽的線性范圍為3.000~2 000 ng/mL,定量下限(LLOQ)定為標(biāo)準(zhǔn)曲線的最低濃度點,即3.000 ng/mL。

        3.3 準(zhǔn)確度

        精密吸取血漿樣品50μL,置1.5 mL塑料尖頭離心管中,精密加入谷胱甘肽-MPTA溶液5μL,渦旋 30 s,制成含 10.00,100.0,1 000 ng/mL,谷胱甘肽-MPTA低、中、高3個質(zhì)量濃度的樣品。精密加入內(nèi)標(biāo)溶液5μL,加入乙腈100μL,旋渦1 min后4℃,12 000 r/min離心10 min,取上清液直接進(jìn)樣,取上清液10μL進(jìn)樣分析,按內(nèi)標(biāo)法計算血漿樣品中谷胱甘肽的濃度。連續(xù)測定5次,考察方法準(zhǔn)確性。結(jié)果表明方法準(zhǔn)確度良好,低、中、高3個質(zhì)量濃度的準(zhǔn)確度在85%~115%之間,RSD在4.56%~13.91%之間。

        3.4 提取回收率

        樣品的制備:取空白血漿50μL置1.5 mL樣品管中,精密加入谷胱甘肽-MPTA標(biāo)準(zhǔn)品溶液,渦旋30 s混勻,分別制成含10.00,100.0和1 000 ng/mL,谷胱甘肽-MPTA的低、中、高3個濃度的樣品,每種濃度各5份,按照“2.4”項下方法學(xué)樣品處理方法同法處理,取10μL進(jìn)樣分析。

        對照品的制備:取空白血漿50μL,置1.5 mL塑料尖頭離心管中,加入100μL的乙腈,渦旋30 s,12 000 r/min,離心 5 min。于上清液中加入內(nèi)標(biāo)5μL以及谷胱甘肽-MPTA標(biāo)準(zhǔn)溶液5μL,配制成濃度點為 10.00,100.0,1 000 ng/mL的樣品,渦旋1 min,12 000 r/min離心 5 min,取上清液作為對照低、中、高3個濃度各5份。

        分別取上述溶液各10μL進(jìn)樣。按As/Asr×100%計算樣品提取回收率,其中As為樣品溶液中谷胱甘肽衍生物的峰面積,Asr為對照溶液中谷胱甘肽衍生物的峰面積。按Ai/Air×100%計算內(nèi)標(biāo)提取回收率,其中Ai為樣品溶液中內(nèi)標(biāo)的峰面積,Air分對照溶液中內(nèi)標(biāo)的峰面積。結(jié)果表明低、中、高3種質(zhì)量濃度的提取回收率均大于50%且穩(wěn)定。

        3.5 基質(zhì)效應(yīng)

        3.5.1 基質(zhì)樣品的制備 取空白血漿50μL,置1.5 mL塑料尖頭離心管中,加入乙腈100μL,渦旋30 s,12 000 r/min,離心5 min。于上清液中加入內(nèi)標(biāo)5μL以及GSH-MPTA標(biāo)準(zhǔn)溶液5μL,配制成質(zhì)量濃度為 10.00,100.0,1 000 ng/mL的樣品,渦旋1 min,12 000 r/min離心 5 min,取上清液進(jìn)樣,低、中、高3個質(zhì)量濃度各5份。

        3.5.2 對照樣品的制備 于1.5 mL離心管中分別精密加入含GSH-MPTA 100.0,1 000和10 000 ng/mL的標(biāo)準(zhǔn)品儲備液各5μL,加入PBS緩沖液50μL,渦旋30 s,制得低、中、高3個質(zhì)量濃度的對照樣品,每個質(zhì)量濃度各做5份,計算基質(zhì)效應(yīng)。低、中、高質(zhì)量濃度測得基質(zhì)效應(yīng)的比值分別為114.79%、107.54%和 105.93%,RSD分別為11.54%、7.89%和5.85%。上述結(jié)果表明谷胱甘肽在本實驗條件下不受基質(zhì)效應(yīng)的影響,符合生物樣本測定的要求。

        3.6 穩(wěn)定性考察

        制備中濃度(100.0 ng/mL)的樣品 1份,按“2.4”項下血漿樣品前處理方法同法處理,立即取上清液10μL進(jìn)樣,作為0 h的樣品溶液;將剩余的樣品溶液于4℃進(jìn)樣器樣品盤中放置24 h后,取10μL進(jìn)樣。由標(biāo)準(zhǔn)曲線求出各樣品的濃度,與0 h的相應(yīng)濃度比較。由測定結(jié)果可知處理后的谷胱甘肽-MPTA進(jìn)樣溶液放置于4℃的樣品盤上,12 h內(nèi)穩(wěn)定性良好,但24 h后樣品降解較為嚴(yán)重。

        3.7 方法應(yīng)用

        將上述建立的方法對實際大鼠空白血漿中內(nèi)源性谷胱甘肽進(jìn)行檢測。選取6批大鼠空白血漿,按“2.4”項下血漿樣品前處理方法同法處理后,取10μL進(jìn)樣測定,結(jié)果見表1。

        Table 1 Determination of endogenous glutathione(GSH)in rat′s plasma

        4 討 論

        4.1 衍生化試劑的選擇

        在內(nèi)源性谷胱甘肽的測定中,血漿中大量的含巰基內(nèi)源性蛋白會對樣品的衍生化產(chǎn)生較大的干擾。為避免這一干擾,本研究選用MPTA作為衍生化試劑。內(nèi)源性蛋白相對分子質(zhì)量大,立體位阻大,難以在同樣條件下與MPTA反應(yīng)。谷胱甘肽的離子化效率較低以及基質(zhì)抑制都使得樣品的質(zhì)譜響應(yīng)較低,MPTA在谷胱甘肽衍生化產(chǎn)物中同時引入了季銨基團(tuán)和烷基鏈。季銨基團(tuán)自身帶一個正電荷,在質(zhì)譜中響應(yīng)很高;烷基鏈能夠增加疏水性,以此增加衍生化產(chǎn)物的離子化效率。因此極大提高了本方法對谷胱甘肽測定的靈敏度,最終定量下限可達(dá)到10 pmol/L左右。此外,衍生化試劑MPTA所含的馬來酰亞胺基團(tuán)與谷胱甘肽中的巰基發(fā)生邁克爾加成反應(yīng),該反應(yīng)十分迅速,條件溫和,并且能夠避免半胱氨酸中的殘基與血漿中內(nèi)源性物質(zhì)生產(chǎn)二硫鍵,從而提高了樣品穩(wěn)定性,成功解決了目前衍生化法存在的操作繁瑣、耗時較長、重復(fù)性差等問題。衍生化試劑結(jié)構(gòu)及反應(yīng)如圖2所示。

        Figure 2 Derivatization of GSH with 4-(N-maleimido)phenyl trimethylammonium iodide(MPTA)

        4.2 谷胱甘肽衍生化條件優(yōu)化

        本實驗中,對衍生化條件進(jìn)行優(yōu)化,考察溫度、反應(yīng)時間及衍生化試劑的濃度對反應(yīng)的影響。每個條件下平行配制6份樣品,根據(jù)峰面積及峰面積的RSD選擇最優(yōu)的反應(yīng)條件。谷胱甘肽選擇質(zhì)量濃度為300.0 ng/mL。由表2可知,衍生化試劑濃度越大對谷胱甘肽的影響較大,隨著質(zhì)量濃度增加,其峰面積反而越來越小,推測由于衍生化試劑與多肽樣品之間存在離子抑制。在反應(yīng)時間為40 min,衍生化溫度為30℃的實驗條件下,根據(jù)峰面積大小及RSD的比較,選擇0.1 mg/mL的衍生化試劑濃度。反應(yīng)時間對峰面積的影響不是太大,但是對峰面積的穩(wěn)定性影響比較大,在反應(yīng)溫度40℃,衍生化試劑質(zhì)量濃度為0.1 mg/mL,結(jié)合峰面積大小及峰面積的RSD選擇反應(yīng)時間為40 min。反應(yīng)溫度結(jié)果顯示,在40 min、衍生化試劑質(zhì)量濃度為0.1 mg/mL反應(yīng)溫度為20℃的反應(yīng)條件下,其峰面積最穩(wěn)定。因此,最終確定的反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度20℃,反應(yīng)時間40 min,衍生化試劑的質(zhì)量濃度為0.1 mg/mL。

        Table 2 Effect of various factors on GSH derivatization

        Effect factors Level Peak areas RSD/%c(MPTA)0.1 mg/mL 115 022 10.75 0.5 mg/mL 178 397 12.61 1.0 mg/mL 118 265 11.44 1.5 mg/mL 153 133 11.05 t R 10 min 124 891 34.74 20 min 105 890 27.97 30 min 119 437 41.53 40 min 131 658 11.47 Reaction temperature 10℃ 202 540 40.90 20℃ 238 615 13.76 30℃ 193 329 28.88 40℃ 6 512 48.29

        4.3 色譜條件的選擇

        由于巰基的存在,使得谷胱甘肽具有很強(qiáng)的極性和水溶性。在以往液相色譜檢測谷胱甘肽過程中,較常采用的是反相C18色譜柱,但這種色譜柱對強(qiáng)極性的化合物保留很弱。因此,本實驗選用保留有機(jī)不同的親水作用色譜(HILIC)體系。該體系采用高比例的有機(jī)相及少量的水相組成二元流動相,在極性的固定相上進(jìn)行洗脫分析,高揮發(fā)有機(jī)相具有較低的離子抑制尤其適宜與電噴霧(ESI)聯(lián)用,提高了質(zhì)譜檢測的靈敏度[17]。同時,高比例有機(jī)相具有低黏度和高滲透性的特點,與相似柱粒徑和流速的RPLC相比,色譜柱壓大大降低,因此可以獲得較高的色譜柱效和對稱的峰型,從而實現(xiàn)快速分析。流動相為乙腈-水(含0.1%甲酸)(75∶25)時,谷胱甘肽在Zorbax HILIC PLUS色譜柱上保留時間合適,色譜峰形良好并且能與內(nèi)標(biāo)物有效分離。

        4.4 質(zhì)譜條件優(yōu)化

        谷胱甘肽與MPTA衍生化后,產(chǎn)物相對分子質(zhì)量為537,其在正離子模式下容易產(chǎn)生(M+H)+峰,根據(jù)流動注射實驗結(jié)果確定其正負(fù)離子模式及單/多電荷峰。谷胱甘肽產(chǎn)物的相對分子質(zhì)量為537,其母離子為MSm/z538.20,兼顧離子響應(yīng)靈敏度高與穩(wěn)定性好兩個方面選擇監(jiān)測子離子為MSm/z265.02,碰撞電壓為35 eV。選擇甘氨酰酪氨酸作為內(nèi)標(biāo),其母離子同樣為單電荷,兼顧離子響應(yīng)靈敏度與穩(wěn)定性,選擇內(nèi)標(biāo)的監(jiān)測離子對為MSm/z239.14→91.05,碰撞電壓為40 eV。谷胱甘肽原型相對分子質(zhì)量為307,其母離子為 MSm/z308.06,兼顧離子響應(yīng)靈敏度高與穩(wěn)定性好兩個方面選擇監(jiān)測子離子為MSm/z179.00,碰撞電壓為25 eV。質(zhì)譜參數(shù)為:噴霧電壓4 000 eV;毛細(xì)管溫度350℃;鞘氣壓力30 psi;反吹氣壓力1 psi;套管透鏡補(bǔ)償電壓67 V;源內(nèi)碰撞解析電壓8 V。

        5 小 結(jié)

        本研究建立了衍生化LC-MS/MS測定血漿中的內(nèi)源性谷胱甘肽的方法,在3.000~2 000 ng/mL范圍內(nèi)線性良好,相關(guān)系數(shù)r大于0.99;定量下限的精密度和準(zhǔn)確度均符合要求;低濃度樣品的準(zhǔn)確度在80%~120%之間,中,高濃度的準(zhǔn)確度在85%~115%之間;處理后的進(jìn)樣溶液放置于4℃的樣品盤上,在12 h內(nèi)的穩(wěn)定。最終測得大鼠血漿中內(nèi)源性谷胱甘肽質(zhì)量濃度在10 ng/mL左右。考慮到谷胱甘肽為血漿中內(nèi)源性物質(zhì),實驗過程中先對谷胱甘肽對照溶液進(jìn)行衍生化處理,并將多余的MPTA與半胱氨酸反應(yīng),之后加入空白基質(zhì)中進(jìn)行方法學(xué)驗證,其中內(nèi)源性的半胱氨酸并不會干擾測定。本研究建立的衍生化方法可以快速準(zhǔn)確地對血漿中谷胱甘肽進(jìn)行測定,并且能夠增加多肽的質(zhì)譜響應(yīng),提高方法靈敏度。同時,具有前處理操作簡單、使用試劑種類較少、反應(yīng)效率高等優(yōu)點。

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