1质谱技术

质谱技术通过将待测物质离子化，离子化碎片根据不同的质荷比进行分离和检测，然后依据保留时间和其丰度值进行定性和定量检测，是临床检验中一种重要的检测分析技术；质谱仪主要由进样系统、电离系统(离子源)、质量分析系统、检测系统组成。

层析技术(chromatography)是基于各组分不同的理化性质，在固定相与流动相中具有不同的吸附性能和/或分配系数，当两相相对运动时不同组份在两相间进行反复多次分配，使不同组份有效分离。按分离机理可分为：分配层析、吸附层析、离子交换层析、空间排阻层析；根据流动相的不同可分为气相层析(GC)、液相层析(LC)。LC-MS在临床实验室最先检测的项目是类固醇及有机酸；自从MILLINGTON等用于检测酰基肉碱诊断新生儿遗传代谢病(IEM)后，LC-MS在临床应用中凸显出强大的应用价值，特别是在特异性、灵敏度、多组分检测中具有更显著的优势，成为了临床质谱检测的重要组成部分。此外，还采用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪(MALDI-TOF-MS)、超高效液相色谱-串联质谱仪(UPLC-MS/MS)、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)、GC-MS等设备。由于临床检测样本基质比较复杂，且需要进行定量分析，三重四极杆等多重MS技术与层析技术的联用使得检测向高敏、可重复、定量方向发展，这也是目前临床实验室开展质谱检测的基础。目前，临床实验室质谱检测常用的电离方式主要有3种：电喷雾电离(ESI)、大气压化学电离(APCI)及大气压光电离(APPI)，其中ESI最为常用。

2质谱技术及其在临床检验中的运用

2.1质谱技术是代谢物类标志物检测的最佳平台

代谢组学研究生物体中相对分子质量<1×103的所有代谢物，如激素、氨基酸、多糖等。代谢物可作为生理或病理状态的重要指标，并有助于了解疾病的发生和进展，有可能成为疾病早期诊断、评估治疗效果和生存率的有效指标。代谢组学研究主要有2种策略，即靶向分析和代谢物图谱分析。靶向分析是指对特定分析物的鉴定和量化；代谢物图谱分析又称为非靶向或整体分析，是比较相似样品中未量化的代谢谱对疾病或外来刺激下的不同反应特征。靶向分析和代谢物图谱分析在生物标志物的发现中是相辅相成的，首先利用代谢物图谱分析确定样品之间代谢谱的差异，然后选择关键的代谢物作为潜在的生物标志物进行目标代谢物定量，并在临床标本中进行验证。质谱技术与气相色谱、液相色谱、毛细管电泳等分离技术结合提高了代谢组学靶向和非靶向分析的灵敏度、可靠性和分析效率，从而被广泛地用于代谢组学研究。气相色谱-质谱因为价格便宜、可操作性强曾被广泛应用，但只有酮和醇等挥发性化合物（沸点低于300℃）才能直接用气相色谱-质谱法进行检测，对氨基酸和脂类等半挥发性化合物的分析需要额外的化学衍生化过程，另外一些带电荷的大分子不能被分析。利用电喷雾化的“软”电离方法，可以实现液相色谱-质谱的无缝对接，适合于非挥发性代谢物的直接分析，可以检测范围更广的代谢物。毛细管电泳与质谱串联通常可以获得比液相色谱-质谱更高的分离效率，可用于处理挥发性和非挥发性代谢物，是一种非常有前景的代谢组学研究工具。

肝脏是重要的代谢相关器官，基于质谱技术研究肝脏疾病代谢物的差异是重要的方向。采用基于质谱的代谢组学方法来发现急性肝损伤的潜在生物标志物，结果显示包括葡萄糖、氨基酸和膜脂在内的几种代谢物的血清水平均发生了显著改变，其中一些与肝脏损伤程度高度相关。使用非靶向代谢组学方法鉴定出44种标志物代谢物可以将黄疸综合征与健康人群进行鉴别，这些代谢物可以作为其诊断的潜在生物标志物。

2.2质谱技术在临床生化检验中的应用

2.2.1遗传代谢性疾病的诊断

质谱技术已被公认为是代谢性疾病化学诊断的有用手段,目前比较成熟的遗传代谢性疾病质谱检测技术有两种,第一种为串联质谱(MS/MS)法,主要用于血清及滤纸血斑中的酰基肉碱及氨基酸成分,可筛查20多种遗传代谢性疾病。第二种为气相色谱质谱联用(GC/MS)法,分析尿液中的代谢成分,可筛查近130种异常代谢疾病。

2.2.2血液药物浓度检测

药物浓度监测可以防止药物浓度过低而达不到治疗效果，也可以防止止血时药物浓度过高引起的毒性。在中国，免疫化学方法主要用于检测血液药物浓度，但一次只能检测一种药物。质谱技术的出现提高了临床效率。目前，它主要用于检测免疫抑制剂、激素类药物、抗精神病药物和麻醉剂。

2.2.3激素试验

质谱还可以定量检测体内甾体激素和代谢物，包括睾酮、双氢睾酮、血浆硫酸雌酮、雌酮、雌二醇等激素，诊断与甾体激素相关的疾病和激素替代治疗疾病，如家族性醛固酮增多症、原发性醛固酮增多症等。

2.3毛发中药物检测

检测毛发中药物浓度可有效评估接触史和用药史，已在用药依从性、法医、环境毒理学、兴奋剂检测等多个领域进行应用。建立了检测头发中来曲唑含量的LC-MS方法，并广泛运用于兴奋剂事件的判断。内源性类固醇激素和内源性大麻素是人体应激反应的重要调节因子，使用LC-MS方法进行了头发中5种类固醇激素(可地松、皮质醇、雄烯二酮、睾酮、孕酮)和4种内源性大麻素(大麻酰胺、棕榈酰乙醇酰胺、2-花生醛酰甘油、油酰乙醇酰胺)的定量分析。使用LC-MS/MS方法测定了头发中12种精神药物及其代谢物。甲氨蝶呤(MTX)，可用于治疗类风湿性关节炎、幼年特发性关节炎、癌症、免疫疾病等，建立了检测患者毛发中MTX的LC-MS方法，具有良好的诊断性能，可应用于常规临床运用。

2.4尿药筛查及多组分分析

对于非法药物滥用(如毒品)或处方药引起的药物过量(如用于慢性疼痛管理的阿片类镇痛药)情况，需要对疑似病例进行药物筛选和定量，目前通常采用LC-MS/MS方法进行尿药筛查。近年来此法也广泛应用于尿液的多组分分析。使用该方法进行尿液甾谱分析，全面、无创地评估了肾上腺类固醇的生成，可作为肾上腺偶发瘤评估的补充，并可用于原发性醛固酮增多症和肾上腺恶性肿瘤的诊断；使用该方法检测尿液中的白三烯E4，可作为系统性肥大细胞增生症的生物标志物；使用该方法检测尿液中的游离脂质、总氧化脂质，可作为类风湿性关节炎的生物标志物。随着代谢组学的发展，快速检测尿液标志物的方法得到了发展，采用超高效液相层析-高分辨质谱(UPLC-HRMS)方法，可在30分钟内检测和量化近9000种独特的代谢物。

2.5质谱技术在临床微生物中的应用

传统的细菌鉴定方法,主要通过对细菌形态学、革兰染色、生化反应等对细菌进行鉴定,但是操作步骤繁琐,耗时长。而质谱技术有其独特的优势,可以应用于尿液、血液、脑脊液等多种微生物样本之中,检测速度快、样本需要量少,特异性和准确性高,其中应用于临床微生物实验室的基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOFMS),通过检测细菌胞膜成分或特异蛋白对细菌进行种群的鉴别,对常见细菌,分枝杆菌、厌氧菌、酵母菌及丝状真菌可以进行快速和准确的鉴定,受到广泛的关注。

2.6临床质谱的自动化和信息化

对于临床诊断而言，质谱相对于传统技术的主要优势包括开发速度快，可同时测定单个样品中的多种分析物，单次测定成本低，特异性高，适合小分子分析物测定。但也存在仪器成本较高，操作复杂，学习周期长，缺乏技术人员等问题。不同的生物基质前处理方法不同，样品中遇到的蛋白质、盐和脂质水平较高，需要特殊的仪器设备，实现自动化难度较大。质谱仪器产生的数据量大，一般不能直接与现有的实验室（检验科）信息系统进行数据交互，需要专业的技术人员通过厂商软件处理数据后才能转化为临床检验可报告的结果，这也是限制质谱技术在临床推广的又一因素。质谱仪器系统较为复杂，对实验室技术人员的能力要求远高于常规医学检验系统，加之业内缺乏系统学习和相关技术背景人才储备，从事临床质谱技术人才的市场缺口较大。这些因素都是目前质谱技术在常规临床诊断工作流程中应用相对有限的原因，所以实现临床质谱的自动化和信息化、加快人才培养才能更好地推动质谱技术在临床检验中的应用。

结论

尽管面临质量管理和量值溯源，以及标准化等诸多问题，但通过各方面努力，临床质谱技术正在朝着自动化、小型化、人工智能识别模式化等方向发展，质谱技术在实现精准检测方面有着强大的潜力和优势。生命科学研究的重心逐渐转向基因功能，即由测定基因的DNA序列、解释生命的遗传信息转移到鉴定有生物学功能的蛋白类分子、探索人类健康和疾病奥秘的多组学研究中。临床质谱检验正进入到基因组学、蛋白质组学、代谢组学等多组学整合分析阶段。贯彻和执行国家精准医疗战略，推动临床质谱技术应用的规范化、标准化，引领中国临床质谱产业的发展，更好地服务于检验医学，为人类健康事业做出更多的贡献，是医学检验人员面临的重大机遇。质谱技术虽有很多优点,但仍存在例如实验室未进行标准化、对技术人员要求高、成本昂贵等问题,我国与发达国家相比技术有限,因此相关部分还需要进一步的完善,但相信随着技术的成熟,质谱技术一定可以在临床检验中有一个更广阔的应用。

参考文献：

[1]邸智勇.质谱技术及其在临床检验中的应用分析[J].临床医药文献电子杂志,2019,2(07):1379-1380.

[2]谢莹莹,张朝晖.临床生化检验发展概述[J].科技创新导报,2019,12(05):245-246.

[3]张春花.质谱分析在遗传代谢性疾病临床检验诊断中的应用[J].检验医学,2019,30(05):410-415.

[4]张自强,李岩.质谱技术在临床生化检测中的应用[J].检验医学,2019,30(05):407-409.