甲酸预处理可增强非目标血清和血浆代谢组学分析的准确性

《Analytical Chemistry》：Formic Acid Pretreatment Enhances Untargeted Serum and Plasma Metabolomics

代谢组学中甲酸预处理显著提升血浆/血清样本分析性能，通过破坏蛋白-代谢物非共价结合及稳定不稳定代谢物，提高LC-MS检测灵敏度与重复性，在两个临床队列中验证了FA预处理（1%）能增强OPLS-DA模型分类准确率（p<0.0001），同时未影响蛋白质去除效率及离子化效率。

　　这项研究探讨了在液相色谱-质谱（LC-MS）代谢组学分析中，使用1%的甲酸（FA）预处理血浆和血清样本对分析性能的影响。研究发现，FA预处理在乙腈（MeCN）诱导的蛋白质沉淀之前，能够显著提升代谢物的回收效率、信号强度以及分析的重复性，从而改善未靶向代谢组学研究的整体质量。这一发现对于临床和转化研究具有重要意义，因为这些研究往往需要从复杂的生物样本中捕捉细微的代谢变化，而这些变化可能与疾病状态、个体差异或治疗反应密切相关。

在代谢组学领域，血浆和血清样本是研究人体代谢状态的重要来源。然而，由于这些样本中含有大量蛋白质，它们可能干扰代谢物的检测，导致信号抑制、提取效率降低等问题。因此，样本预处理步骤在代谢组学研究中至关重要。传统的蛋白质沉淀方法通常采用乙腈，这种方法虽然能够有效去除蛋白质，但也会引入技术性变异，影响分析结果的可重复性和灵敏度。为了克服这一挑战，研究者尝试通过引入酸性条件来优化样本预处理过程，其中1%的FA预处理表现出显著的改善效果。

研究中，首先通过一系列实验评估了不同浓度FA对血浆样本提取性能的影响。结果表明，当FA浓度达到1%时，代谢物的提取重复性显著提高，且信号强度明显增强。值得注意的是，这种效果在正离子和负离子模式下均表现良好，但随着FA浓度的进一步增加，提取性能并未随之提升，这表明1%的FA是最佳的预处理浓度。此外，FA预处理并未影响蛋白质的去除效率，因此在提升代谢物回收的同时，也保持了对蛋白质的高效沉淀。

为了进一步验证FA预处理的效果，研究者还进行了多方面的分析，包括对不同离子化模式下离子强度的变化、代谢物稳定性以及可能的非共价蛋白质-代谢物相互作用的干扰。实验结果表明，FA预处理能够有效提高离子化效率，同时减少技术性变异，从而提升数据的整体质量。然而，研究也指出，FA的加入并未显著改变代谢物的加合物形成情况，这表明其作用可能不依赖于特定的化学修饰过程。

此外，研究者通过添加牛血清白蛋白（BSA）进行实验，以验证FA是否能够通过干扰蛋白质-代谢物的非共价相互作用来提升代谢物的回收率。实验结果显示，FA预处理确实有助于释放部分与蛋白质结合的代谢物，尤其是在正离子模式下，这一作用尤为明显。然而，在负离子模式下，FA对蛋白质的干扰作用并不显著，这表明其对不同类型的代谢物可能具有不同的影响。同时，FA的加入并未导致蛋白质降解，这进一步支持了其对代谢物提取的积极影响。

为了验证FA预处理的实际应用价值，研究者将其应用于两个独立的临床研究项目：OPTIMA和VITACOG。这两个项目分别关注认知障碍的不同阶段和不同治疗干预下的代谢变化。在OPTIMA研究中，FA预处理显著提高了分类准确性，同时增强了敏感性和特异性。在VITACOG研究中，同样观察到了FA预处理带来的性能提升，尤其是在区分接受B族维生素治疗和安慰剂对照组的样本时，FA预处理使得分类模型的表现更加稳定和可靠。

这些结果表明，FA预处理不仅提高了代谢物提取的重复性和信号强度，还增强了模型对代谢差异的识别能力。这可能是因为FA预处理能够减少样本矩阵中的异质性，稳定易变的代谢物，并提高代谢物在质谱分析中的检测效率。因此，FA预处理成为一种简单而有效的优化策略，特别适用于临床和转化研究中的未靶向代谢组学分析。

尽管FA预处理带来了诸多好处，但研究也指出了其可能的局限性。例如，FA对不同代谢物的影响可能存在差异，这取决于代谢物的稳定性、离子化效率以及其与蛋白质的相互作用方式。因此，在应用FA预处理方法时，需要根据具体的分析目标和样本类型进行调整和验证。此外，FA预处理的效果可能受到分析平台的影响，因此在不同类型的质谱设备或色谱系统中，其表现可能会有所不同。

综上所述，这项研究为临床和转化代谢组学提供了重要的方法优化建议。通过FA预处理，可以显著提高样本分析的重复性和灵敏度，从而更有效地捕捉代谢物的变化，支持疾病分型、个性化医疗和生物标志物发现等应用。未来的研究可以进一步探索FA预处理在不同代谢物类别中的具体作用机制，以及其在其他生物样本（如尿液、组织样本等）中的适用性，以期为代谢组学研究提供更全面的优化方案。