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

質譜技術在人體體液中標的蛋白質之定量分析應用

114年06月11日

【本篇報導由化學系  陳頌方教授研究團隊提供】 　　人體體液富含多種蛋白質，其中部分蛋白質能反映個體的生理狀態或疾病風險。因此，分析人體體液有望發掘用於臨床診斷和預後的新型生物標誌物。過去數十年間，基於質譜（MS）的蛋白質體學技術，不僅被廣泛應用於蛋白質生物標誌物的發現，更在臨床應用中用於人體體液生物標誌分子的驗證與確認。相較於其他方法，靶向質譜技術的主要優勢在於其高靈敏度、高準確性和高特異性，能夠同時定量多個生物標誌物。本文旨在回顧目前應用於人體體液（特別是血漿、尿液、腦脊液和唾液）中蛋白質的靶向定量方法，並總結了當前主流的質譜分析策略，重點闡述其適用的臨床樣本類型、質譜儀配置及數據採集模式。    　　本研究旨在回顧當前應用於人體體液蛋白質定量分析的質譜（MS）技術，主要涵蓋以下方面： 核心質譜技術：介紹三種主流靶向定量質譜方法，包括選擇/多重反應監測（SRM/MRM）、平行反應監測（PRM）以及序列窗口獲取所有理論質譜（SWATH）。 關鍵樣品前處理策略：探討兩種重要的樣品前處理技術，即穩定同位素標準與抗肽抗體捕獲（SISCAPA）和定量連接子（QconCATs）。 常見體液樣本的應用：著重闡述這些技術在血漿、尿液、腦脊液和唾液這四種常見體液樣本中的應用。 臨床應用與疾病研究：總結質譜技術在臨床診斷中的優勢，例如高靈敏度、高特異性以及多重生物標誌物同步定量能力。同時，詳細介紹這些技術在多種疾病生物標誌物研究中的應用，包括胰腺癌、前列腺癌、阿茲海默病、慢性腎病和心血管疾病等。此外，還討論了尿液和唾液蛋白質體學在腎移植監測、泌尿系統癌症和口腔疾病診斷中的潛在價值。 綜而言之，本綜述全面概述了質譜技術在人體體液蛋白質定量分析領域的最新進展，對於推動臨床診斷和預後判斷具有重要的參考價值。   原文出處：Chen, Y. T., Liao, W. R., Wang, H. T., Chen, H. W., & Chen, S. F. (2023). Targeted protein quantitation in human body fluids by mass spectrometry. Mass Spectrometry Reviews, 42(6), 2379-2403. https://doi.org/10.1002/mas.21788 

葡萄中花青素定量技術新突破！

113年03月10日

【本篇報導由化學系  陳頌方教授研究團隊提供】 　　在本研究中，開發了使用聯苯固定相的QuEChERS和UHPLC-MS/MS方法，並用於葡萄中12種花青素的快速分離。實現了多種物質的高效分離單醣基化和非醣基化花青素。目標花青素的線性範圍為0.5-500 ng mL-1。重複性分析的同日內（intraday）和異日間（interday）精密度均低於11.8%。不同來源的葡萄中的花青素已成功定量。因此，所開發的QuEChERS和UHPLC-MS/MS方法成功地為葡萄中花青素的定量。    　　花青素（AnCS）分佈廣泛在植物組織中，它們主要分佈於花或果實中，也分佈於葉、莖和根。花青素具有生物活性並顯示出抗氧化和抗發炎特性，被認為能預防各種疾病，例如：神經系統以及心血管疾病。花青素主要來自天然產品，最常見的結構是單醣苷衍生物，在植物中含量相當豐富。這些結構源自花青素或花青素的醣苷化（AnCD），透過在基本基礎上添加醣基並透過醣苷鍵形成框架，以及不同程度的羥基化和甲氧基化。因此，結構花青素衍生性商品的差異是由於差異醣基化和醯化程度，這導致了多種醣基化模式和結構。雖然花青素在許多天然水果和蔬菜中的組成比較簡單，花青素的結構在葡萄卻很複雜。自然界中有很多類型花青素，而大多數這些衍生物並沒有可靠的標準品可供參考。因此，準確定量葡萄中的花青素含量仍然是一個挑戰。  　　在本研究中，使用QuEChERS萃取方法應用於花青素的定量。和之前超音波輔助萃取技術相比，研究團隊所開發的QuEChERS方法在測定葡萄中的花青素顯示出優異的靈敏度（sensitivity）。所開發的萃取和淨化（clean-up）程序簡單高效，使葡萄萃取物才能得到充分的淨化。此外，開發了一個新的液相層析方法，用於分離葡萄中的花青素。對於層析分離，發現聯苯（biphenyl）固定相，相較於傳統C18固定相，是更有吸引力的替代選擇。聯苯層析管柱實現了分離12種單醣基化和非醣基化花青素（如表1）。本研究所發展的方法具有快速沖提（elute）和縮短分析時間優勢，可用於葡萄萃取物的常規分析。   表1：開發的QuEChERS和UHPLC-MS/MS對商品葡萄中的花青素進行定量   原文出處：Yang, L. C., & Chen, S. F. (2022). Quantification of anthocyanosides in grapes by QuEChERS and biphenyl-UHPLC tandem mass spectrometry. Journal of Food and Drug Analysis,30(3), 382.https://doi.org/10.38212/2224-6614.3427