凭借最新技术满足用户需求

——获取蛋白质组学的最优解

王瑞平 2020-05-27

　　SWATH技术是瑞士苏黎世联邦理工学院的Ruedi Aebersold博士及其团队与SCIEX于2012年联合推出的一项全新的质谱采集模式技术，是MS-MSALL技术的一种扩展，与传统的shot-gun技术相比，SWATH采集模式能够将扫描区间内所有的肽段母离子经过超高速扫描并进行二级碎裂，获得完整肽段信息。同时，借助先进的Triple-TOF5600 plus质谱系统，SWATH在定量上具有较高准确度和动态范围。基于SWATH技术的定量方法能够直接构建二级碎片离子的 XIC，大大增加定量的准确度和可重现性。为进一步了解该技术在蛋白质组学领域的成功应用与未来的发展方向，本刊记者有幸采访到SCIEX中国区总经理邵宏，请她就上述问题做出进一步解读。

　　SWATH技术的独特优势

　　SWATH技术具有采集数据完整、重复性高、简单易行、定量精确等优势。作为一种数据非依赖性采集技术(Data Independent Acquisition，DIA)，SWATH将质谱扫描范围分为若干个连续窗口，然后，采集每个窗口中的所有碎片离子，从而获取完整数据，实现在一次实验里对所有化合物的定性和定量。SWATH技术的全面数据采集，克服传统数据依赖型采集技术(Data Dependent Acquisition，DDA)中数据的不完整、重复性差等缺点。此外，SWATH和MRM技术类似，通过多个二级质谱碎片离子进行定量，因而，具备MRM定量级别的准确性和重复性。SWATH技术的创新和优势，完全凭借SCIEX Triple TOF高分辨质谱超高采集速度、高分辨率和高灵敏度性能得以实现。近些年，Triple TOF强大的性能得以进一步发挥，通过多窗口采集和可变窗口采集，减少每个窗口中同时采集离子的复杂度，降低数据解析时的难度与错误率，进一步推出SWATH2.0技术。如今，SCIEX全新的X500系列高分辨质谱保持与Triple TOF同样优异的性能并能通过更成熟的数据解析软件将SWATH技术扩展到食品、法医和环境样品分析等多个领域。

　　应用最成熟领域——蛋白质组学

　　SWATH技术具有快速、精确、数据完整可回溯等诸多特点，因此，大大刷新蛋白质组学的应用。目前，正逐渐扩展到代谢组学、脂质组学、精准医学和上述食品、法医和环境样品分析等领域。相较于其他应用领域而言，蛋白质组学是SWATH应用最成熟领域。在蛋白质相互作用分析、细菌全蛋白质组定量、差异蛋白质组分析和生物标志物的查找、大量样本的多组学分析等多个方面，SWATH技术能够帮助科研工作者更快速、全面获得高质量数据，实现更深入科学见解。此外，SWATH技术非常契合临床研究需求。针对临床上大量复杂样品(血液、活检组织等)，基因组学与代谢组学分析速度相对较快，而蛋白质组学通常需要几小时才能够分析出样品，有时，需要借助昂贵的标记试剂。运用微升流速SWATH技术(micro flow-SWATH)，能够轻松实现1个样品/小时，150个样品/周的分析速度，让蛋白质组学像工业化生产一样，快速、稳定、高效。基于micro flow-SWATH推出的工业化蛋白质组学解决方案，非常契合精准医学的理念。目前，澳大利亚儿童医学研究中心的Procan中心(癌症登月计划的参与单位)与英国曼彻斯特大学Stoller中心，都在使用micro flow-SWATH技术，计划3～5年内完成几万个癌症样本的组学分析工作，最终实现精准医学。

　　用户的反馈与成功应用案例

　　案例一：与华大基因携手分析蛋白质

　　华大基因是第一批与SCIEX共同开发SWATH技术并最早将SWATH技术应用到蛋白质组学研究中的用户。怀揣相同理念，SCIEX将i-TRAQ-SWATH-MRM系列SCIEX经典技术衔接到一起，应用在疾病标志物的寻找-验证-确证工作中。SCIEX开发的最新工业化蛋白质组学micro flow-SWATH技术，在华大基因完成第一个项目——两周内分析40对癌症组织和癌旁组织蛋白质。

　　案例二：厦门大学优化SWATH技术算法

　　厦门大学在SWATH技术发布后，将SWATH技术应用到蛋白质相互作用研究之中并进一步优化SWATH数据处理算法，使SWATH可同时定性定量。Group-DIA算法，发表在Nature Methods杂志上(影响因子32.1)，成绩斐然;SWATH技术与Group-DIA算法，研究程序性细胞死亡过程中蛋白质相互作用，成果出色。

　　案例三：Stoller中心得出最优数据结果

　　英国曼彻斯特Stoller中心采集病人疾病样本，运用SWATH运行样本实验，得出的数据结果。几年以后，随着他们对疾病的认识，想追踪某种当时没有观测的蛋白过去和现在对比的情况，比如是增加了还是减少了，寻找疾病的生物标志物，以此指示癌症的发展阶段。几年以后，样本早已不在，但他们运用SWATH却可以回溯当时的数据，找到了所需的结果。所以，SWATH的作用是惊人的：采集所有的数据，不仅给你现在的结果，还将给你未来的答案。

　　如何解决复杂的实验室问题?

　　SCIEX的客户主要涉及组学研究、药物发现和研发、食品和环境检测、法医学及临床研究工作等众多领域，举几个最新例子：(斜体)

　　例一：组学研究

　　组学研究方面，在清华大学有一支以质谱技术为基础，研发小型仪器和直接采样离子化技术，并开展脂质组学研究与应用的研究实验室。该实验室是国内唯一一个通过分析C=C位置进行脂质学研究的团队，也是国内为数不多的将仪器研发与质谱应用技术结合起来的团队。他们的工作流程以质谱平台为基础，将QTRAP与QTOF配合使用建立最初方法，在了解脂质类别与细节结构时，采用QTRAP进行多级质谱分析，能够实现复杂样品中的极低浓度目标物富集，对了解脂质分子基础结构非常有利。

　　例二：药物代谢

　　药物代谢方面，中国药科大学药代动力学重点实验室是世界上率先提出细胞药代动力学概念的团队，在王院士的带领下，实验室团队进行细胞药代动力学相关深入研究工作。中药药代动力学研究是该实验室的另一大特色。中药成分比西药复杂，即使是一味中药也会包含多个有效成分，进入体内可能代谢成为更多组分，且在体内外的浓度较西药更低。王院士团队围绕中药药物代谢开展了探索性的研究工作，并建立了一些对于中药药代基础研究具有推动性作用的技术策略。不论是小分子化合物还是多肽、蛋白等生物药的药代动力学研究都离不开液质联用。目前，他们已经采用串联质谱和高分辨质谱完成了上百种药物的药代动力学研究，实验室里SCIEX QTRAP 5500和Triple TOF5600正在运行中。

　　例三：法医检验

　　法医检验方面，江苏省公安厅物证鉴定中心化验室，主要承担全省公安系统疑难案件中的毒物、毒品和微量物证检验或者复核检验鉴定工作，拥有完备的各类色谱和质谱以及光谱检测设备。近期，化验室检测一批被缴获的药物时发现，样品经前处理后进样气质联用仪进行检验而获得的质谱碎片图，没有在NIST谱库中检索到，无法实现检索确认。检验无果后，使用SCIEX的高分辨液质联用仪继续进行实验。进行全扫描和二级质谱检验，获取到总离子流图和一级全扫描图，解决了问题。实践证明，高分辨液质联用仪结合仪器软件以及国际化合物数据库，可以为解析未知化合物提供意想不到的有用信息。

　　例四：临床研究

　　临床研究方面，北京市目前共6家公立产前中心，北京妇产医院是六大中心中最大的一家。北京妇产医院出生新生儿数量占北京地区总出生人数的1/9左右，每年约有20万新筛样本在该医院进行研究。在北京妇产医院，SCIEX仪器是目前应用最多的串联液质仪器平台。

　　SCIEX未来的发展方向与预期达到的目标

　　从应用角度讲，SCIEX除了会保持在小分子药物和食品、环境检测的优势之外，还会加速其在生物药、临床诊断和精准医疗等领域的发展。同时，公司计划进一步提升用户体验，在培训、高级技术支持和快速维护响应等领域推出创新型项目(如，SCIEX Now和SCIEX University)，确保用户能以最快的速度学会相关应用方法和仪器操作。SCIEX希望通过产品、培训和技术支持，与用户一起推进人类对科学的认知，最终实现SCIEX中国区愿景——让质谱改变每个人的生活。

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　　SCIEX的发展历史

　　1989年 AB SCIEX公司推出世界上第一台商业化API Ⅲ^™ LC/MS/MS串联四极杆质谱仪;

　　1990年 AB SCIEX公司推出了世界上第一台性能卓越的MALDI-TOF MS;

　　1995年 AB SCIEX公司推出了世界上第一台台式串联质谱API 300^™ LC/MS/MS;

　　1999年 AB SCIEX公司的API 3000^™ LC/MS/MS被LC/MS/MS行业设定为黄金标准(Gold Standard);

　　1999年 AB SCIEX公司推出了液相色谱串联四极杆-飞行时间质谱QSTAR^® Qq TOF质谱仪;

　　2001年 AB SCIEX公司推出大气压光化学电离源(APPI)，用于弱极性化合物的分析;

　　2001年 AB SCIEX公司成功地推出了世界上唯一真正的串联飞行时间质谱4700 TOF-TOF^™;

　　2002年 AB SCIEX公司在世界上首次实现四极杆技术与线性离子阱技术的结合，成功地推出了新一代串联四极杆质谱QTRAP^® LC/MS/MS

　　2003年 AB SCIEX公司成功推出Celera Discovery System数据库

　　2004年 AB SCIEX公司首次推出组织成像技术(Tissue Imaging)，成功地实现组织切片直接质谱分析药物的分布