基于双模式LC-MS策略的微塑料暴露代谢组学分析方法优化及应用研究

本研究针对现有LC-MS方法在微塑料暴露代谢组学研究中色谱条件适应性不足、代谢物覆盖不全的问题，开发了结合亲水相互作用色谱（HILIC）和反相色谱（RPLC）的双模式LC-MS策略。通过系统评估6种色谱柱（酰胺柱、F5柱等）和18种流动相条件，发现正离子模式下酰胺柱/AmAc-AcA组合对极性代谢物分离效果最佳，负离子模式下F5柱/AmF-FA组合显著提升磷脂检测效率。该方法成功从小鼠肠道样本中鉴定出42个与微塑料暴露相关的差异代谢物，涉及氨基酸、谷胱甘肽等关键通路，为环境污染物代谢效应研究提供了高效分析框架。

　　

塑料制品的广泛使用与不当处置导致环境中微塑料污染日益严重，其中聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）因在土壤、水体中的持久性存在引发健康担忧。传统代谢组学方法受限于色谱条件单一性，难以全面捕捉不同极性代谢物的响应变化。如何建立高覆盖、低冗余的分析方法，成为揭示微塑料毒性机制的关键瓶颈。

台湾地区研究人员在《Analytica Chimica Acta》发表的研究中，创新性地采用双模式液相色谱-质谱联用（LC-MS）技术，结合数据非依赖采集（DIA）扫描策略，系统优化了从样本前处理到数据分析的全流程方法。研究团队选取小鼠肠道组织作为生物样本，通过对比6种色谱柱（酰胺柱、硅胶柱、Obelisc N柱、C₁₈
柱、五氟苯基柱/F5、氰丙基柱/CN）与不同缓冲盐体系（AmAc/AcA、AmF/FA）的组合效果，最终建立了两套互补的分析方案。

材料与试剂
实验采用高纯度试剂，包括Thermo Fisher的PBS缓冲液、Merck的HPLC级有机溶剂（ACN、MeOH）及离子对试剂（AmAc、AmF）。色谱柱选择涵盖HILIC与RPLC两类主流分离模式，其中Obelisc N柱因其混合模式特性被重点考察。

实验设计原理
研究通过系统性评估18种色谱条件，结合SWATH（一种DIA技术）采集模式，实现了对代谢物信号的广谱捕获。该方法设计特别关注了离子抑制效应的规避，通过优化梯度洗脱程序使不同极性代谢物在各自最佳条件下分离。

结论性发现
正离子模式下，酰胺柱配合AmAc/AcA缓冲体系展现出对氨基酸、核苷等极性代谢物的最优保留能力，检测到469种特征峰。负离子模式下，F5柱与AmF/FA组合显著提升磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰乙醇胺（PE）等脂质的分离度，识别出400种特征峰。双模式联用使总代谢物鉴定数达869个，重叠率仅15.8%。

在PS-MPs暴露组中，42个差异代谢物被精准锁定，包括牛磺酸、谷胱甘肽（GSH）等抗氧化物质。通路分析揭示这些分子主要参与三大代谢网络：①氨基酸代谢（苯丙氨酸-酪氨酸-色氨酸通路）；②牛磺酸/亚牛磺酸循环；③谷胱甘肽抗氧化系统。其中脂质过氧化产物（如4-HNE）的升高提示氧化应激可能是PS-MPs毒性的核心机制。

该研究的创新价值在于：首次建立适用于微塑料暴露研究的双模式LC-MS标准化流程，将样本消耗量降低至常规方法的1/3；提出的"酰胺柱（正离子）+F5柱（负离子）"组合策略，为复杂基质代谢组学研究提供了普适性解决方案；发现的代谢标志物群为环境污染物健康风险评估奠定了分子基础。Kuan-Lu Wu等作者特别指出，该方法可扩展应用于其他环境应激源的代谢效应研究，其模块化设计也便于实验室根据实际需求调整色谱条件。