在过去的二十年里，由于越来越多的研究表明肠道微生物群（由细菌、古菌、真菌和病毒组成的复杂社区）与宿主健康之间存在关联，科学界对肠道微生物群的兴趣显著增加[1]、[2]。事实上，这个“虚拟器官”与其宿主之间存在共生关系：宿主为微生物提供营养和安全的生存环境，而微生物则帮助宿主从难以消化的食物中获取能量，并产生必要的代谢物，包括维生素、短链脂肪酸（SCFAs）、氨基酸和多胺，这些代谢物对大脑等远端器官有深远影响[1]、[3]、[4]。肠道微生物群失调，即微生物、产生的代谢物与宿主免疫系统之间的互惠关系受损，已被认为与多种病理状况有关，包括神经退行性疾病、精神障碍、肌肉减少症、骨质疏松症、代谢综合征和癌症[5]、[6]、[7]。据报道，20%的人类恶性肿瘤与肠道微生物群失调有关[8]。了解这些相互作用可能为疾病预防和治疗提供新的策略。值得注意的是，虽然SCFAs在这方面已经得到了广泛研究，但关于其他代谢物（如多胺）的信息相对较少[6]。
多胺包括腐胺、亚精胺、精胺和尸胺，是一类脂肪族多阳离子，在调节哺乳动物的基因表达、细胞增殖和分化中起着关键作用[9]。多胺通过诱导自噬、抑制炎症、增强认知功能、维持胃肠道黏膜的组织稳态以及预防心力衰竭来促进动物健康[10]、[11]。研究表明，组织中的多胺浓度会随年龄增长而下降。因此，这些代谢物被认为是调节衰老过程和对抗与衰老相关疾病的潜在因子[12]、[13]。然而，在肿瘤中也发现了高水平的多胺。因此，无论多胺对健康是有益还是有害，调节其浓度的方法都具有实际应用价值[10]。
肠道微生物群是肠道下部多胺水平的主要来源，它通过精氨酸或鸟氨酸的脱羧作用产生腐胺。腐胺随后转化为亚精胺，进而形成精胺[11]、[14]、[15]。实际上，精氨酸通过两种精氨酸酶（精氨酸酶1和精氨酸酶2）代谢为尿素和鸟氨酸。鸟氨酸可以通过鸟氨酸氨基转移酶代谢为环状氨基酸脯氨酸，或者通过鸟氨酸脱羧酶1代谢为腐胺。然而，多胺的代谢通常是一个连续的循环过程（多胺流动），在这个过程中亚精胺会生成腐胺。另一个循环中，鸟氨酸转氨甲酰酶将鸟氨酸催化为瓜氨酸，后者可以进一步转化为精氨酸[13]。
研究表明，Bifidobacterium breve等肠道细菌负责产生环状非蛋白质氨基酸哌可酸。这种脯氨酸的类似物能够激活γ-氨基丁酸（GABA）-A和GABA-B受体。GABA是肠道-大脑轴中的重要神经递质[16]、[17]、[18]。
最近的证据表明，肠道微生物群积极参与芳香族氨基酸的代谢。例如，属于Firmicutes门的Enterococcus faecalis通过酪氨酸脱羧酶将酪胺转化为酪胺。研究表明，由微生物群失调引起的酪胺会抑制高脂饮食引起的胰岛素抵抗，这在肥胖相关疾病（如2型糖尿病）中非常重要[19]。另一方面，酪胺可能引发头痛，并与偏头痛有关[20]。
此外，益生菌能够增强氨基酸的吸收，从而提高其血液浓度，包括组氨酸[21]。已有研究报道组氨酸代谢组与婴儿认知能力之间的关联[22]。重度抑郁症和精神分裂症患者的组氨酸水平较低。Lactobacillus plantarum益生菌可以通过组氨酸脱羧酶将组氨酸催化为组胺，从而调节学习、记忆、清醒状态和情绪[21]。相比之下，组胺是人体内作用最广泛的分子之一，与多种疾病有关，包括偏头痛和各种炎症性和非炎症性胃肠道疾病。因此，维持组胺的稳态至关重要[23]、[24]。
如上所述，多胺、组胺、酪胺及相关氨基酸（包括精氨酸、瓜氨酸、组氨酸、鸟氨酸、脯氨酸、哌可酸和酪氨酸）是肠道微生物群与宿主相互作用中的关键元素，它们的代谢过程紧密相连。因此，需要一种方法能够在来自体外系统（如Systemic Intestinal Fermentation Research (SIFR?)技术的发酵样本中同时测定这些物质，以便在临床前平台上探究多种生化途径。体外SIFR?技术是一种成熟的技术，主要用于评估益生菌、益生元和后生元对肠道微生物群的影响[25]、[26]。
尽管氨基酸和多胺在生物学上具有重要意义，但在代谢组学分析中可靠地定量它们仍然是一个持续存在的挑战。目前关于使用LC-MS/MS同时分析生物样本中的氨基酸和多胺的报道很少，这些方法适用于代谢组学分析[13]、[27]、[28]、[29]、[30]、[31]、[32]、[34]。然而，这些方法尚未在肠道微生物群的临床前平台上进行评估。由于氨基酸的高极性、碱性、高水溶性，以及在常见UPLC柱上的保留能力差，加上基质效应和软电离源中的高背景噪声等问题，准确且稳健地分析这些物质具有挑战性[33]。虽然柱前衍生化步骤是一种提高极性的有前景的方法，但它也能增强选择性和灵敏度。不同的衍生化化合物（包括丹磺酰氯[27]、[29]、甲基氯甲酸酯、丙基氯甲酸酯和异丁基氯甲酸酯[28]、[31]、苯异硫氰酸酯（PITC）[34]、6-氨基喹诺酰-N-羟基琥珀酰亚胺酯（AccQ-Tag）[35]、二乙基乙氧基甲基马来酸酯（DEEMM）[36]和苯甲酰氯[32]）已被用于某些氨基酸和生物胺的选择性分析，但这些方法并不能覆盖我们所有的目标化合物列表[28]、[31]、[35]、[36]。
使用丹磺酰氯或氯甲酸酯的分析程序通常需要广泛的样品预处理或衍生化后的纯化——通常通过液-液萃取（LLE）或固相萃取（SPE）——以减轻基质效应和离子抑制。例如，Samarra等人[29]提出了一种Folch萃取（氯仿：甲醇，2:1 v/v）方法，随后进行乙酸乙酯萃取再进行衍生化。虽然LLE具有选择性，但它常常涉及权衡；例如，尽管乙酸乙酯在他们的方法中能使许多多胺的回收率超过90%，但对于精氨酸等高极性分析物来说效率较低。此外，在LLE之前酸化样品可以显著提高精氨酸的回收率，但同时会降低其他多胺（如亚精胺）的回收率，减少了56%。
也探索了其他策略；Huang等人使用乙酸乙酯进行衍生化后的LLE[27]，而Isaguirre等人则使用异丁基氯甲酸酯后进行乙醚萃取[37]。为了简化流程，Magnes等人将相同的试剂与在线SPE结合用于LC-MS/MS分析[31]。尽管有这些进步，即使是像商业EZ:faast?试剂盒这样的标准化方法也仍然需要大量的人工操作，因为其工作流程包括SPE、丙基氯甲酸酯衍生化和LLE[28]。
因此，这些程序对于需要高通量工作流程的大规模实验室来说往往不切实际。除了效率限制外，这些协议中使用的试剂还存在显著的安全风险。根据其材料安全数据表（MSDS），苯甲酰氯、PITC、氯甲酸酯试剂及其所需的卤代溶剂通常具有毒性[38]、[39]、[40]、[41]、[42]，并且在接触水时可能会释放有害气体[43]；特别是异丁基氯甲酸酯被归类为“吸入致命”[38]。此外，丹磺酰氯衍生物对光敏感且不稳定[44]，因此所有操作必须在黑暗中进行[27]。
Jastrzebska等人引入了一种新的衍生化试剂4-氟-3-硝基苯三氟化物（FNBT），用于使用紫外分光光度计测定葡萄酒中的生物胺[45]。由于FNBT无毒[46]，我们认为它是一个有前景的替代品，并将其用于修改他们的衍生化过程以满足我们的研究需求。随后，该方法被扩展到使用三重四极杆质谱仪分析氨基酸，这是迄今为止尚未研究过的。最后，根据ICH M10指南[47]对开发的UPLC-MS/MS方法进行了验证，用于分析体外发酵样本中的腐胺、尸胺、亚精胺、精胺、精氨酸、脯氨酸、哌可酸、鸟氨酸、瓜氨酸、组氨酸、组氨酸、酪胺和酪氨酸。最后，在各种实验样本集中评估了该方法的应用效果。
