基于IROA TruQuant工作流的非靶向代谢组学离子抑制校正与标准化方法突破

本研究针对质谱(MS)非靶向代谢组学中离子抑制效应导致的定量偏差难题，开发了IROA TruQuant工作流。该技术通过稳定同位素标记内标库(IROA-IS)和双MSTUS算法，首次实现跨色谱系统(IC/HILIC/RPLC)、电离模式(正/负离子)和生物基质(血浆/尿液/细胞)的全局离子抑制校正，使代谢物检测CV值降至<1%，并成功应用于卵巢癌细胞对L-天冬酰胺酶耐药机制研究，揭示肽代谢新机制。

　　

代谢组学作为连接基因组学与表型的桥梁，在疾病机制研究和生物标志物发现中具有不可替代的价值。然而，质谱分析中普遍存在的离子抑制效应(ion suppression)如同笼罩在数据质量上的阴云——不同代谢物可能因共洗脱物竞争电离而出现1%-90%的信号抑制，导致定量失真。更棘手的是，这种效应会因色谱系统(离子色谱IC、亲水相互作用色谱HILIC、反相色谱RPLC)、电离模式(正/负离子)甚至离子源清洁程度产生难以预测的变异，使得跨平台数据比对成为代谢组学标准化进程中的"阿喀琉斯之踵"。

美国德克萨斯大学MD安德森癌症中心的Philip L. Lorenzi团队联合IROA Technologies公司，在《Nature Communications》发表了突破性解决方案。研究人员开发的IROA TruQuant工作流，创新性地将酵母培养衍生的稳定同位素标记内标库(IROA-IS，含95% ¹³C和5% ¹³C双标记代谢物)与双质谱总有用信号(Dual MSTUS)算法结合，首次实现非靶向代谢组学的全局离子抑制校正。该系统在卵巢癌细胞对L-天冬酰胺酶(ASNase)耐药研究中，成功揭示传统方法无法检测的肽代谢重编程机制。

关键技术包括：1) 跨平台质谱分析(Orbitrap Fusion Lumos系统配合IC/HILIC/RPLC)；2) IROA同位素比值异常分析技术，通过特征性¹²C/¹³C同位素梯实现代谢物鉴定；3) 双MSTUS归一化算法，利用内标¹³C通道信号校正样本¹²C通道信号；4) 采用人血浆、尿液及卵巢癌细胞(OVCAR-4/8)等多基质验证。

离子抑制校正的普适性验证
通过设计梯度血浆提取物体积实验(50-1500μL)，证实所有色谱系统均存在显著离子抑制：在未清洁离子源的RPLC正离子模式下，苯丙氨酸出现8.3%信号抑制，而IC负离子模式中焦谷氨酰甘氨酸抑制率高达97%。IROA校正后，所有代谢物信号均恢复与样本输入体积的线性关系(r²>0.99)，且跨平台CV值从16%降至<1%。

双MSTUS算法的革新性
传统MSTUS仅用样本信号总和归一化，而双MSTUS同时利用¹²C样本通道和¹³C内标通道信号计算归一化因子(NF)。该策略使缺乏匹配内标的代谢物仍能受益于全局校正，在尿液中将变异系数从>50%降至<1%。

癌症研究的应用突破
在ASNase处理的卵巢癌细胞中，IROA校正数据揭示耐药细胞OVCAR-4呈现独特的肽代谢上调，而传统方法错误显示为下调。这与自噬激活导致的蛋白水解过程相符，提示肽代谢重编程可能是ASNase耐药新机制。

这项研究标志着代谢组学质量控制的重要里程碑。IROA TruQuant工作流不仅解决了几十年来困扰质谱分析的离子抑制难题，其"一次校正、全局适用"的特性更为多中心研究数据整合铺平道路。特别是在细针穿刺活检等微量样本分析中，该方法允许增大进样量提高灵敏度而不必担心基质效应，将显著提升肿瘤代谢异质性研究的可靠性。未来通过扩展IROA-IS库覆盖度，该方法有望成为代谢组学临床转化的基石技术。