破解細胞代謝密碼：氰丙基質譜新平台推進精準醫學與新藥開發
115年09月10日
【本篇報導由化學系 陳頌方教授研究團隊提供】 代謝途徑的動態變化是揭開疾病機制與開發新藥的關鍵。本研究突破傳統分析限制，創新提出以氰丙基（CN）管柱為核心的極效液相層析串聯質譜（UHPLC-MS/MS）分析平台。研究利用 CN 管柱中極性雙重作用機制，配合酸鹼環境調控與微量檸檬酸作為抗吸附劑，成功排除極性化合物於金屬管路的吸附問題，大幅提升峰型與檢測靈敏度。該平台能於單次分析中高效分離並精準定量涵蓋糖解作用、磷酸戊糖途徑、三羧酸循環及神經疾病相關等八大關鍵代謝路徑中的 51 種代謝物，具備快速、高解析度與綠色化學優勢。團隊進一步將此平台應用於 6-羥基多巴胺（6-OHDA）誘發的神經母細胞瘤（dSH-SY5Y）細胞損傷模型，成功揭示粒線體受損導致的能量失衡圖譜，並證實潛力新藥 EB705 能有效修復代謝失調與提升抗氧化能力。本研究成果展現該分析平台於疾病標誌物搜尋、毒理機制解析及臨床新藥評估上的極高應用價值。 代謝調控是維持生命運作的核心。無論是能量產生（糖解作用、三羧酸循環）、抗氧化防禦（磷酸戊糖途徑）或是神經傳遞物質代謝，其小分子代謝物的濃度變化均直接反映了細胞的健康狀態。然而，不同代謝物的化學極性差異巨大，過去極難在單次分析中進行全面且精準的定量。 突破技術瓶頸：氰丙基管柱與檸檬酸的黃金組合 為解決此難題，臺師大化學系陳頌方教授團隊比對多種分析管柱，首度將「氰丙基（CN）」管柱應用於跨途徑代謝體學分析。CN 管柱具備中等極性，其氰基能與極性分子產生偶極作用，丙基鏈則能穩定保留中等極性分子；透過動態調控流動相 pH 值，可依代謝物攜帶的電荷數進行完美分離。此外，針對含磷酸基等易吸附於金屬管路的代謝物，團隊特別添加 0.2 mM 檸檬酸作為抗吸附劑，顯著改善峰型拖尾現象並大幅提高檢測靈敏度，效果優於傳統添加物。 跨途徑全面解析：應用於神經退化疾病與新藥研發 研究團隊將此平台應用於神經毒素（6-OHDA）誘發的神經細胞損傷模型中。結果顯示，細胞受損後能量貨幣（ATP、ADP）與重要抗氧化劑（GSH）顯著下降，而糖解作用與戊糖磷酸途徑之中間物大幅累積，精準描繪出粒線體損傷引發的能量衰竭與氧化壓力圖譜。更重要的是，團隊利用此平台評估了潛力候選藥物 EB705，證實其能調控失衡的代謝網絡，恢復 ATP 濃度並提升細胞抗氧化能力，驗證了該平台在藥效評估上的強大功能。 未來影響與產學應用前景 本研究首創以氰丙基管柱結合串聯質譜（UHPLC-MS/MS）之整合分析平台，具備樣品前處理簡便、分析快速（10分鐘內完成）與低成本優勢。未來此技術可廣泛應用於： 臨床精準醫療：快速檢測血液、組織等生物樣本之代謝圖譜，協助癌症、神經退化性疾病等重大疾病的早期診斷與生物標誌物篩選。 生醫與新藥產業：提供高通量、高準確度的代謝體學篩選平台，加速候選藥物的機轉解析與臨床前毒理評估，具備極高的產學合作與技術移轉潛力。 圖1：氰丙基層析之分離機制 原文出處：Liao, W. R., Lin, J. T., Lin, P. C., Chen, C. C., Huang, C. F., Chen, H. M., & Chen, S. F. (2024). Advancing Targeted Metabolomics Using Cyanopropyl-Based Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry. Analytical Chemistry, 96(47), 18625-18634. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c01939