一文讀懂質譜技術在臨床上的應用

【編者按】質譜技術在過去的幾十年得到迅猛的發展。與傳統的檢測方法相比，質譜技術具有高靈敏度、高特異性、高准確度、線性範圍寬及高通量等優點。

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質譜技術最早被應用于科研機構的研究中，之後逐步開始應用于制藥、食品，環境及臨床領域，在過去的幾十年得到迅猛的發展。

與傳統的檢測方法相比，質譜技術具有高靈敏度、高特異性、高准確度、線性範圍寬及高通量等優點。在臨床領域，質譜分析技術可以應用于臨床生化檢驗、臨床免疫學檢驗、臨床微生物檢驗以及臨床分子生物診斷等多個方面。

近些年來，醫院對臨床質譜技術的需求增多，質譜分析平台也相繼建立，目前主要集中在少量大型獨立實驗室和少數三甲醫院。質譜分析技術作爲一種應用臨床的新型檢測技術，對相關技術人員的操作能力和專業數據的處理能力要求高，如今業界十分缺乏相關的專業應用技術人才。

目前質譜儀在我國臨床的應用最多的兩種是：

①基于MALDI-TOF（基質輔助激光解吸飛行時間質譜）的微生物鑒定和核酸分析；

②基于LC-MS（液相色譜-質譜聯用技術）的維生素系列檢測、類固醇激素檢測（內分泌檢測）、藥物濃度監測和遺傳代謝病篩查。

除此之外，還有用于檢測尿液中代謝產物和毒物篩查的GC-MS（氣相色譜質譜技術）、用于檢測微量元素含量的ICP-MS（電感耦合等離子體質譜技術）等。

具體質譜類型

（一）基質輔助激光解吸飛行時間質譜（matrix-assisted laser desorption/ ionization time-of -flight mass spectrometry，MALDI-TOF MS）

MALDI-TOF MS可用于對核酸、蛋白質、有機物等的快速分析，包括目前臨床應用最爲廣泛的微生物鑒定、核酸分析等。

1、微生物鑒定

臨床微生物實驗室對樣本中細菌的鑒定主要依賴于傳統的檢測方法如形態學、生化反應、免疫學等，檢測周期長且部分疑難菌種不易鑒定，不能滿足臨床診斷時效的需要，尤其是應對菌血症、敗血症等重症感染的情況。

MALDI-TOF MS在這方面有獨特的優勢。該技術對樣品純度要求不高，可以直接使用臨床樣本，或者經過分離培養挑選單菌落進行檢測，獲得其蛋白質譜圖，與更新的微生物數據庫參考圖譜進行比對，從而鑒定至屬、種、乃至亞種的水平，縮短了鑒定的時間。對臨床常見的隱球菌鑒定，MALDI-TOF MS也表現了極好的鑒定能力。

MALDI-TOF MS的優勢還表現爲不僅可以對分離菌進行鑒定，近期已有較多的報道應用其鑒定血培養瓶增菌後的微生物。但MALDI-TOF MS臨床微生物鑒定應用中仍然存在一些問題，如數據庫不全導至部分不常見菌株的鑒定困難，亞種鑒定局限；樣本直接鑒定時，標本內菌量對鑒定結果的影響；不同實驗室操作差異，對檢測重複性的影響等。

2、核酸分析

相比與傳統PCR技術，MALDI-TOF MS在基因SNP檢測方面具有一次檢查多個位點的優勢。基于單堿基延伸基礎上的MALD-TOF MS核酸檢測技術，能夠快速、可靠、高通量開展SNP位點分析。目前MALDI-TOF MS技術已較爲廣泛的應用于個體識別和親權鑒定、胎兒RHD基因型鑒定、軟骨發育不全基因篩查、耳聋基因熱點突變檢測、藥物基因檢測等方面。

（二）液相色譜-質譜聯用技術（liquid chromatography-mass spectroscopy，LC-MS）

LC-MS因其具有靈敏度和特異度高、檢測時間短、可以實現多重檢測、適用範圍廣的特點，可廣泛應用于血液、尿液等樣品中的各種代謝產物以及蛋白質、多肽、維生素、激素等分析，已成爲臨床檢驗工作中重要的前沿檢驗技術。

1、新生兒遺傳代謝病篩查

遺傳代謝病又叫做先天代謝缺陷，會對新生兒產生嚴重的危害，如果不能及時發現，甚至可能危及生命。LC-MS可以在比較短時間內高通量分析幹濾紙血片上的氨基酸圖譜和肉堿圖譜，大大提高了檢測時間和通量。目前已有研究表明LC-MS可以篩查出的遺傳代謝病包括高苯丙酮酸血症、高胱氨酸尿症、瓜氨酸血症、甲基丙二酸血症、3-甲基巴豆酰基輔酶A羧化酶缺乏症、極長鏈酰基輔酶A脫氫酶缺乏症等。目前，美國和歐洲大部分的國家和地區已采用LC-MS/MS進行新生兒遺傳代謝性疾病篩查，已被業界認爲是新篩的"金標准"方法。

2、藥物濃度檢測

當今藥代動力學的研究對檢測通量和靈敏度都有較高的要求，LC-MS在這方面具有突出優勢，已經被廣泛應用在血藥濃度檢測、抗生素濃度檢測以及食品中化學農藥殘留方面的檢測中。已經有研究者建立了應用LC-MS定量檢測人血漿中甲硝唑、2-羟基甲硝唑、丙戊酸、萬古黴素的方法並應用于藥代動力學研究。結果表明與免疫檢測方法比較LC-MS方法更加靈敏。

目前血藥濃度檢測的主要方法有光譜法、免疫法、色譜法、質譜法等。相比于傳統方法，質譜法是更爲靈敏、精准和經濟的檢測方法。

3、維生素類檢測

機體維生素的水平與生長發育、生理活動的正常進行都有密切關系，有大量應用LC-MS檢測血清中維生素D水平的研究報道。目前臨床實驗室應用LC-MS技術一次可進行多種不同類型維生素檢測，從而可大大降低檢測成本，具有檢測高效、高靈敏度及高特異性的特點，已經作爲維生素臨床檢測的主流技術。近年來，隨着生物體內不同類型維生素含量變化與疾病關系研究的不斷深入，LC-MS方法應用于維生素檢測在臨床實驗室有快速普及之勢。

4、激素類檢測

目前臨床實驗室檢測激素的方法普遍使用的是化學發光或電化學發光方法（化學免疫法），但由于激素類物質在生物樣品中含量低、免疫學方法存在的嗜異性及自身抗體幹擾等問題，常常導至化學免疫方法用于激素檢測靈敏度不夠、穩定性差，從而大大影響了臨床實驗室檢測激素結果的可信度。隨着質譜技術的推廣應用，LC-MS在激素檢測中發揮了重要作用，其高靈敏度、高穩定性優勢非常明顯，檢測項目快速增加，受到臨床內分泌學科的高度認可。

5、腫瘤標志物篩選

LC-MS可以高通量分析檢測腫瘤患者與健康人體液中代謝成分的差異，從而篩選出潛在的腫瘤標志物。目前，LC-MS對腫瘤標志物的篩選已經取得了很大進展。Jasbi等應用LC-MS分析了乳腺癌患者血漿中的代謝產物，檢測分析了具有潛在生物學相關性的105種代謝物。LC-MS也已經應用在早期非小細胞肺癌、胃癌等多種腫瘤標志物的篩選與鑒定中。充分利用質譜技術的高通量特點，結合大數據技術的綜合分析能力，必將大幅提升生物標志物在腫瘤診治中的靈敏度和特異性。

（三）氣相色譜質譜技術（gas chromatography-mass spectroscopy，GC-MS）

1、尿液中代謝產物的檢測

由于尿液中常包含如氨基酸、糖類、有機酸、醇類等代謝終產物，其濃度高于血清，易于收集，而且大部分代謝產物易揮發，所以可通過GC-MS檢測尿液的特征性代謝產物，爲診斷遺傳代謝缺陷病提供可靠的依據。

目前國內已有實驗室建立了常見遺傳性代謝缺陷病的特征性代謝產物質譜圖譜庫，通過檢測尿液中特征性代謝產物得到譜圖，之後與內標峰面積進行比對，可以開展半定量測定。這種半定量方法雖簡便、快捷，但由于缺乏每種被測物質的標准曲線，所以不屬于真正的定量，且實驗結果易受標本肌酐值影響，重複性和准確性有待進一步優化，測定值難以與其他實驗室進行室間比較。隨着GC-MS分析技術的發展普及，它已經成爲遺傳代謝缺陷病早期篩查與診斷的可靠手段。

3、在毒物篩查中的應用

臨床上誤食有毒有害物質後會導至不同系統的急性、亞急性疾病。快速有效地確定致毒物質是後續臨床治療的關鍵。在臨床毒物分析診斷工作中，由于樣品的複雜性、毒物種類的廣泛性、分析目標物的不確定性、各種檢驗方法的局限性，使得毒物篩查技術一直備受毒物分析工作者的重視。隨着質譜技術的發展，通過質譜數據庫的比對查詢來確認未知化合物變得相對簡單易行。GC-MS具有與之相匹配的有機質譜數據庫，該技術也是到目前爲止最爲成熟的技術，是未知毒物篩查確證的金標准。GC-MS在毒物篩查中，可以快速、高效、方便地爲臨床診斷、治療提供依據。GC-MS不適于難揮發、強極性、易熱解的有毒有害物質。LC-MS技術對于難揮發、強極性、熱不穩定毒性化合物的分析具有一定的優勢，是未來毒物篩查技術的發展方向之一，多種檢測手段的聯合使用可提高未知毒物篩查確證的效果。

（四）電感耦合等離子體質譜技術（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）

人體內許多生物大分子如蛋白質、核酸、激素、酶等在維持正常的生理機能時，需要一些微量金屬離子的參與，這些離子的過多攝入或者不足都會不同程度引起生理功能的異常，因此需要檢測一些藥物、食物、環境中各種元素的含量。但一些藥物的成分複雜、微量元素含量低；環境中各種物質元素組成複雜，檢測時相互幹擾嚴重；傳統檢測生物體微量元素的方法如原子吸收法、原子荧光法等操作繁琐、穩定性較差，不能滿足臨床檢測要求。

自20世紀80年代問世以來，ICP-MS質譜儀的應用得到迅速的發展。除C、H、O以外，元素周期表中幾乎所有的元素都可以使用ICP-MS完成定量分析。而且，其具有對樣本類型要求較低，檢測靈敏度高、幹擾少、超痕量檢測限、檢測線性範圍寬等諸多優點。

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