脂质代谢与多种代谢疾病密切相关，是潜在的生物标志物和药物靶点分子。然而脂质结构高度多样，基于质谱脂质组学通常仅能鉴定到脂肪酸链组成水平，而丢失的如C=C双键位置等信息近年则被发现具有潜在的生物标志物功能。进一步了解双键位置异构体的代谢，功能及临床应用潜能需要建立双键位置水平的分析平台并首先对模式动物的脂质组分布进行描绘。清华大学瑕瑜课题组此前发展了Paternò-Büchi（PB）反应进行脂质双键位置定位，并于2019年将在线丙酮PB反应和液相色谱-串联质谱耦合（LC-PB-MS/MS）实现了高通量的脂质双键位置分析。近日，瑕瑜课题组与新加坡国立大学新加坡脂质组学基地（Singapore Lipidomics Incubator）Markus Wenk和Federico Torta合作，以小鼠为模式动物，利用在线PB对5种组织间磷脂酰胆碱（PC），磷脂酰乙醇胺（PE）和鞘磷脂（SM）中C=C位置异构体分布进行了相对定量分析，描绘了约30组脂质的异构体分布，建立了动物模型脂质组的初始数据库。其结果表明双键位置异构体分布在组织间和脂质分子间有显著差异，而在个体间差异小于<20%。相关工作“Mapping the distribution of double bond location isomers in lipids across mouse tissues”近日发表在Analyst上。第一作者为2016级本科生任翰林。
作者首先在UPLC-orbritrap仪器上搭建并优化了LC-PB-MS/MS平台，其流程如图1所示，包含3步LC-MS。以丙酮/乙腈和水作为流动相，脂质按照头基不同由HILIC柱分离，分别在正、负离子模式下鉴定子类和脂肪酸链组成。最后在LC与MS间接入流动光反应装置，脂质双键与丙酮发生PB反应并在HCD串联质谱中碎裂得到成对双键位置诊断离子，诊断离子强度直接被用于相对定量分析。该平台对单不饱和和多不饱和脂质均适用，并且依靠Orbitrap的高分辨率可区分出醚键磷脂（如PC-O）。
以鼠肝为例，作者对34组共存的脂质双键异构体进行了相对定量。在从C16:1到C24:1的所有单不饱和脂质中，与SCD酶相关的n-9和n-7异构体均占比>95%。同一脂肪酸链n-7/n-9比例总体上处于一个较小区间（对C18:1：0.13-0.35），表明异构体比例控制可能主要发生在脂肪酸水平。对于C16:1，除直接SCD去饱和产物C16:1(n-7)外，作者还鉴定到C18:1(n-9)β-氧化产物C16:1(n-9)，C14:1(n-5)延长产物C16:1(n-5)和FADS2去饱和产物C16:1(n-10)。其中n-5和n-10异构体相对含量仅~1%，此前鲜有报道。大部分多不饱和脂质，如C20:4,C18:2，具有唯一双键位置结构。仅在C18:3,C22:5中检测到n-3为主的n-3/n-6异构体，而在C20:3中检测到n-6为主的n-6/n-9异构体。
作者最后对比了27组双键位置异构体在小鼠组织间的分布。作者发现小鼠个体间双键位置异构差异小于<20%，与此前报道一致。而在肝脏，肾脏，海马体，小脑和血浆间，异构体分布具有显著差异。如对于SM18:1;O2/24:1，其C24:1的n-7异构体在肾脏中含量（0.3%）小于其它组织中含量的十分之一。对于低含量的C16:1(n-10)和C16:1(n-5)异构体，作者发现其在肾脏和脑中相对含量是肝脏和血浆中的十倍以上。组织间对比结果表明特定低丰度双键位置异构体可作为组织特异性标志物，其在血浆中含量的变化可能预示相应组织病变或受损。
综上，作者使用LC-PB-MS/MS平台并对小鼠组织间PC,PE和SM双键位置异构体分布进行了相对定量分析，证明了异构体分布在组织间的显著差异，其结果有助于促进双键位置水平完整小鼠脂质组分布图的构建，并推动异构体代谢和临床应用的研究。
撰稿：任翰林
审阅：林巧红