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高效液相色谱-串联质谱法对斑马鱼胚胎中氧化甾醇的定量分析

期刊:talantaDOI:10.1016/j.talanta.2020.121393

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作者及机构
本研究由F. Fanti、C. Merola、A. Vremere、E. Oliva、M. Perugini、M. Amorena、D. Compagnone和M. Sergi*共同完成,通讯作者为M. Sergi(邮箱:msergi@unite.it)。研究团队来自意大利泰拉莫大学(University of Teramo)的生物科学与食品、农业及环境技术学院(Faculty of Bioscience and Technology for Food, Agriculture and Environment)。研究成果发表于2020年7月的《Talanta》期刊(卷220,文章编号121393)。


学术背景
研究领域为分析化学与发育毒理学,聚焦于斑马鱼(zebrafish)胚胎中氧化固醇(oxysterols)的定量分析。氧化固醇是胆固醇的氧化衍生物,作为信号分子参与多种生物过程(如膜流动性调节、类固醇激素合成)和疾病诊断。斑马鱼因其胚胎发育透明、繁殖周期短等特点,成为研究外源性物质(xenobiotics)毒理学效应的理想模型。然而,斑马鱼胚胎中氧化固醇的组成与功能尚未明确,且缺乏高灵敏度的分析方法。因此,本研究旨在开发一种高效、无需衍生的高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS)方法,定量分析斑马鱼胚胎中的7种氧化固醇,以揭示其在胚胎发育中的作用及与外源性物质暴露的关联。


研究流程
1. 样本制备与提取
- 研究对象:野生型AB品系斑马鱼胚胎,分为两组:受精后3-4小时(hpf,囊胚期)和24 hpf(体节形成期),每组样本量为100枚胚胎。
- 样本处理:胚胎经超声破碎(3次循环,每次10秒,功率70W,冰浴降温)后,采用液-液萃取(LLE,liquid/liquid extraction)结合微固相萃取(μSPE,micro solid phase extraction)净化。LLE使用氯仿-甲醇混合溶剂,通过涡旋和轨道振荡(300 rpm,总时长1.5小时)提取脂溶性成分;μSPE采用C18吸附剂,以乙腈-甲醇(80:20)加甲酸(25 mM)洗脱目标物,富集因子达6倍。

  1. 色谱与质谱分析

    • 仪器配置:Shimadzu Nexera LC20AD色谱系统耦合Sciex QTrap 4500质谱仪,色谱柱为Kinetex C18(100 × 2.1 mm,2.6 μm),柱温40°C。
    • 方法开发:优化流动相(水-乙腈/甲醇,含25 mM甲酸)与梯度程序(总运行时间9分钟),采用电喷雾电离(ESI)正离子模式,多反应监测(MRM)定量。首次实现7种氧化固醇(如22-羟基胆固醇、25-羟基胆固醇等)的基线分离,无需衍生化步骤。
  2. 方法验证

    • 线性与灵敏度:校准曲线范围0.5–250 ng/mL,相关系数(R²)>0.99;检出限(LOD)为6.7–20 pg/100枚胚胎,定量限(LOQ)为21.7–65 pg/100枚胚胎。
    • 准确度与精密度:加标回收率25–50%,基质效应(离子抑制)为-48%至+9%,日内与日间精密度(RSD%)均<20%。
  3. 实际样本分析
    在3-4 hpf和24 hpf胚胎中检测到25-羟基胆固醇(25OH)和7β-羟基胆固醇(7βOH),其中27-羟基胆固醇(27OH)在24 hpf时浓度显著升高,与CYP27A1酶的表达时序一致,提示其可能参与早期器官发生。


主要结果
1. 方法学性能:LLE-μSPE联用显著降低基质干扰,μSPE的7次洗脱循环实现最佳回收率(图4)。
2. 氧化固醇动态变化:25OH在两组胚胎中均被检出(3.0–4.5 ng/100胚胎),证实其由CH25H酶合成;7βOH的检出(10.3–11.4 ng/100胚胎)提示活性氧(ROS)的非酶促氧化作用。
3. 生物学意义:27OH在24 hpf的升高与斑马鱼咽部发育期(24–48 hpf)的CYP27A1表达相关,为氧化固醇在胚胎发育中的时序调控提供证据。


结论与价值
1. 科学价值:首次建立斑马鱼胚胎中氧化固醇的定量方法,填补了该模型在脂质组学研究中的空白。
2. 应用价值:该方法可应用于外源性物质(如环境污染物)暴露导致的发育异常机制研究,尤其是氧化应激与代谢紊乱的关联分析。


研究亮点
1. 方法创新:结合LLE与μSPE,实现复杂基质中低丰度氧化固醇的高效富集;9分钟快速色谱分离异构体(如7αOH与7βOH)。
2. 生物学发现:揭示了斑马鱼胚胎中氧化固醇的发育阶段特异性分布,为后续毒理学研究提供分子标志物。


其他价值
研究数据表明,7βOH可作为ROS活性的间接指标,未来或用于评估外源性物质的氧化损伤潜力。此外,该方法可扩展至其他小型模式生物(如果蝇)的氧化固醇分析。

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