質譜分析在生物醫學領域的應用
質譜是帶電原子、分子或分子碎片按質荷比（或質量）的大小順序排列的圖譜。質譜儀是一類能使物質粒子轉化成離子並通過適當的電場、磁場將它們按空間位置、時間先後或軌道穩定與否實現質荷比分離，並檢測強度後進行物質分析的儀器。
1.質譜分析技術簡介
用於分析的樣品分子（或原子）在離子源中離化成具有不同質量的單電荷分子離子和碎片離子，這些單電荷離子在加速電場中獲得相同的動能並形成一束離子，進入由電場和磁場組成的分析器，離子束中速度較慢的離子通過電場後偏轉大，速度快的偏轉小；在磁場中離子發生角速度矢量相反的偏轉；即速度慢的離子依然偏轉大，速度快的偏轉小，當兩個場的偏轉作用彼此補償時，它們的軌道便相交於一點，與此同時，在磁場中還能發生質量的分離，這樣就使具有同一質荷比而速度不同的離子聚焦在同一點上，不同質荷比的離子聚焦在不同的點上，其焦面接近於平面，在此處用檢測系統進行檢測即可得到不同質荷比的譜線，即質譜。通過質譜分析，可以獲得分析樣品的相對分子質量、分子式、分子中同位素構成和分子結構等多方面的信息。
質譜聯用系統主要是由進樣系統、離子源、質量分析器、檢測器及數據系統組成。LC-MS離子源主要起到化合物離子化並作為液相和質譜聯用的介面，主要包括電噴霧離子化、大氣壓化學電離及大氣壓光致電離，其中以電噴霧離子化和大氣壓化學電離應用最多，電噴霧離子化被認為更有利於分析生物大分子及其他分子量大的化合物，而大氣壓化學電離更適合於分析極性較小的化合物。而根據質量分析器的不同，LC-MS系統又可分為單四級桿、三重四級桿、離子阱和高分辨質譜儀。對於臨床實驗室而言，由於血漿、血清、尿液或唾液等生物樣品基質較複雜，以定量分析為主，一般首選三重四級桿LC-MS質譜儀。
上述質譜儀適用於臨床實驗室的體液標本分析，而對於微生物鑒定而言，基質輔助激光解吸電離飛行時間（MALDI-TOF）生物質譜則更為適合其蛋白質組學分析。
質譜聯用系統的組成
2.質譜發展簡史
世界上第一台質譜儀於1912年由英國物理學家Joseph John Thomson研製成功，但直到20世紀80年代，MALDI、ESI等軟電離技術的出現，使生物大分子轉變成氣相離子成為可能，並極大的提高了質譜測定範圍，改善了測量的靈敏度，在一定程度上解決了溶劑分子干擾等問題，使質譜更適合用於分析生物大分子聚合物（如蛋白質、酶、核酸和糖類），被認為是質譜學中革命性的突破，也開拓了質譜技術在生物醫學領域的應用。
質譜分析儀器中較早實現聯用技術的是氣相色譜-質譜（CG-MS），但其僅能分析具有揮發性和小分子量的物質，對於大分子量（尤其是蛋白質、多肽）和不揮發性化合物則無法檢測。近年來，國際上應用的越來越多的是串聯質譜（MS/MS）、液相色譜-質譜（LC-MS）或液相色譜-串聯質譜（LC-MS/MS），尤其在臨床醫學領域，LC-MS的應用愈加廣泛，包括疾病的診斷和篩查、生物標誌物的研究、藥物濃度檢測、疾病早期預測和治療等。
3.質譜在生物醫學領域的應用
3.1新生兒疾病篩查
質譜技術在該領域的發展已十分成熟。利用LC-MS技術可同時篩查十幾種新生兒疾病。質譜技術能做到篩查效率高、結果可靠，費用相對低廉，這是常用分析方法如細菌抑製法、放射免疫分析法、酶聯免疫吸附試驗、時間分辨熒光免疫分析法、熒光酶免疫分析法等不可企及的。以我國每年2200萬新生兒中有苯丙酮尿症患兒1700例和先天性甲減患兒5000例計算，新生兒串聯質譜有著重要的社會意義和廣闊的市場空間。
3.2藥物濃度監測
作為臨床個體化治療的重要組成部分，對於一些血葯濃度與療效關係密切、有明確的有效濃度圍、治療窗較窄、體內代謝個體差異大、藥物中毒癥狀與疾病癥狀難以鑒別、用於長期治療和搶救的藥物等情況下，臨床需測定體液中藥物的濃度，指導臨床個體化治療。目前，臨床實驗室仍以免疫分析為主要檢測方法，質譜分析法由於自動化程度不足和缺少認證試劑而在近期難以取代前者，但其極高的靈敏度為藥物濃度監測提供更加可靠的依據。美國病理學家學會研究也已表明，採用LC-MS法檢測結果更具有真實性和實驗可信度，已成為治療藥物監測必備的分析方法。
3.3體內激素和營養素的檢測
體內激素的檢測，如類固醇激素及其代謝產物的檢測，尤其是低濃度的類固醇，如對女性和兒童來說，低濃度的雌激素或雄激素很難檢測，對男性來說，低濃度的雌激素等很難檢測，但這是臨床上常用的檢測內容，免疫法檢測低於試劑盒檢測下限的數據波動無法反映體內的真實水平，而LC-MS技術能為我們提供pg甚至fg級的檢測下限，給臨床檢測提供科學準確的方法。營養素的檢測如維生素D，1,25(OH)2-D3是維生素D狀態最好的監測指標，但其在體內含量極低且不穩定，以往是採用放免法進行檢測，而如今LC-MS法比放免法具備更高的特異度和靈敏度，同時也更加安全。
3.4微生物鑒定
感染性疾病的病原學診斷目前是以微生物的分離培養作為「金標準」，但能培養成功的僅為少數，且沒有明確的種群分型標準，病原體的培養周期較長，往往造成分析結果的之後和種類分型的誤判。近年來，質譜技術在微生物檢驗方面的應用越來越多，主要得益於其得天獨厚的優勢：（1）可用於多種微生物樣本，如痰液、血液、尿液等體液；（2）可用於幾乎所有類型的病原體鑒定和分類檢測；（3）可對病原的多種成分進行分析，包括蛋白質、脂質、DNA等；（4）檢測速度快，一個病原微生物的質譜鑒定試驗整個過程不到10min；（5）樣本用量少；（6）特異性和準確性高；（7）敏感性高。在細菌檢測中應用較多的是飛行質譜技術。
3.5生物標誌物研究
質譜技術的高靈敏度、高通量的分析特點使其在臨床免疫學檢驗生物標誌物方面成為一項有力的工具，篩選作用獨特搞笑。生物質譜技術測定生物大分子的相對分子質量高達400ku，準確率高達0.1%-0.001%，遠高於目前常規應用的十二烷基硫酸鈉電泳和高效凝膠色譜技術。利用肽質量指紋譜技術，結合蛋白質資料庫檢索，可實現對蛋白質的快速鑒別和高通量篩選，尋找新的生物標誌物。通過MAL-TOF-MS檢測尋找特異的一組蛋白質峰，建立腫瘤早期血清差異性表達蛋白的診斷模型，對於早期快速診斷腫瘤提供可能，已有研究報道用於多種腫瘤的早期診斷。此外，利用生物質譜的準確相對分子質量測定，可實現對二硫鍵和自由巰基及蛋白質翻譯後修飾如糖基化等的快速定位與確定，包括SNPs在內；應用MALDI-TOF質譜可對基因組SNPs進行分析，適於高通量分析，省時又可靠。
4.質譜技術的優勢和限制條件
質譜技術具有精準度高、特異性高、靈敏度高等特點，成本經濟且高通量，可實現一次實驗檢測多個指標，在某些領域（新生兒篩查、低濃度激素檢測、藥物濃度檢測、微量元素檢測等）具有顯著的優勢和不可替代的作用。但就現階段而言，主要由於質譜檢測平台的建立需投入大量的資金成本和服務成本，其結果受到基體效應和離子抑制的影響，來自不同實驗室的結果不一定具有可比性，且其自動化程度不如免疫分析方法，此外由於CFDA准入的關係使得目前質譜技術在國內醫院常規實驗室的應用會受到一定製約。
在西方國家，質譜已在臨床實驗室應用了20年，臨床實驗室標準化研究所已發布了臨床質譜的使用指南，在國外的大型臨床實驗室中會擁有幾十台質譜儀，而我國目前卻僅有少數醫院有質譜平台。
隨著質譜技術越來越成熟，在國內的使用經驗愈加豐富，未來會在臨床實驗室檢驗中得到廣泛應用，促進醫學檢測。
5質譜技術在醫學檢驗中的應用發展趨勢
在臨床生化檢驗領域，技術的應用優勢明顯，也存在較多的挑戰和局限性，但技術的不斷革新為將解決這些困境，促進技術的應用。在技術應用普及方面，相信行業協會和質譜技術應用較早的臨床實驗室，將會進一步推動技術應用的規範化和標準化。同時為滿足臨床在生化檢驗方面的需求，彌補傳統方法的不足，質譜技術在一些特殊檢驗項目(如內分泌固醇激素方面)的應用優勢將更加凸顯，並得到擴展和深入，檢測結果的快速準確性等各方面也會有進一步提升隨著各類專業培訓班的成功舉辦，《臨床色譜質譜檢驗技術》課程在全國高等學校中的開設、逐步推進以及相應教材的出版與應用，專業技術人才的培養也將得到進一步加強。未來的幾年，質譜技術在臨床生化檢驗領域的發展會有讓人欣喜的表現。在微生物鑒定和核酸檢測領域，雖然資料庫和分析軟體仍不完善，但隨著質譜儀的國產化、中國人群菌庫和特殊疾病特徵的建立以及臨床應用的深入，這些問題將會有所改善。而蛋白質鑒定和定量、蛋白組學研究持續深入、質譜成像等新應用不斷發展與完善，將為質譜技術的應用帶來新的變革。
總之，隨著技術本身的發展、基礎應用以及臨床轉化應用研究工作的不斷深入，質譜技術正在成為醫學檢驗領域非常有前景的、高滲透性的新興檢測技術。
參考：
1. IVD行業周報（第25期）：質譜分析在生物醫學領域的應用現狀與前景。華創證券
2.中國臨床微生物質譜應用專家共識。
3.質譜技術在醫學檢驗中的應用。
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