以下文章來源于質(zhì)譜成像先鋒隊(duì)
人的指紋中含有豐富的和代謝物及外源性物質(zhì)有關(guān)的化學(xué)信息，包括藥物、化妝品、濫用藥物和爆炸物，磁共振質(zhì)譜將幫助我們建立指紋特征和分子信息的聯(lián)系。
通過磁共振質(zhì)譜（MRMS）解析了指紋中極其復(fù)雜的分子組成，得到的數(shù)據(jù)可用于識別個(gè)體性別和年齡范圍。更有意義的是發(fā)現(xiàn)了區(qū)分差異的特異代謝產(chǎn)物，從而建立了代謝組與性別和年齡關(guān)系的生化基礎(chǔ)。
指紋對每個(gè)人來說都是獨(dú)一無二的，由復(fù)雜的指紋紋理構(gòu)成，在法醫(yī)學(xué)中個(gè)體識別至關(guān)重要[1]。微觀圖像方法基于表皮指紋模式并與 AFIS（自動指紋識別系統(tǒng)）數(shù)據(jù)庫或者與嫌疑人的指紋直接比較。然而，在沒有可以識別的指紋痕跡情況下，對其化學(xué)成分的解析可以發(fā)現(xiàn)個(gè)體的性別和年齡范圍，以及其他具有法醫(yī)價(jià)值的信息。事實(shí)上，指紋含有內(nèi)源性代謝物和外源物質(zhì)如藥物、藥物、個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品和食品添加劑等成分。由于肉眼看不到潛在的指紋，因此必須使用專門的試劑來顯示，而這可能會干擾后續(xù)的成分分析[2]。為了解顯示試劑對組成檢測的干擾，我們使用了速溶指紋粉末來發(fā)現(xiàn)在無孔和半多孔表面上的潛在指紋。
考慮到人類指紋化學(xué)成分的高度復(fù)雜性以及顯示粉末的可能干擾，使用 MRMS 超高分辨率質(zhì)譜是最適合的分析方法。MRMS 超高質(zhì)量分辨率非靶向代謝組學(xué)可鑒定數(shù)百種代謝產(chǎn)物，即使存在速溶顯示試劑。使用 MRMS 分析指紋，揭示了化學(xué)成分以及與性別和年齡范圍相關(guān)的隱藏信息。
這項(xiàng)研究獲得了葡萄牙里斯本大學(xué)科學(xué)院倫理委員會的許可，采集了來自 20 至 55 歲的男性和女性志愿者的指紋。
實(shí)驗(yàn)方法首先從人類指紋中提取代謝產(chǎn)物。志愿者清潔手指，并將指紋沉積在干凈的載玻片中，在沉積后 60 分鐘收集指紋。為了顯示指紋，在指紋上涂抹速溶指紋顯示粉末。用甲醇/水溶劑從顯示和未顯示指紋中收集指紋殘留物。加 1:1 甲醇/水溶液于指印區(qū)域，洗滌樣品數(shù)次并回收在干凈試管中。向樣品管中加入甲醇/水，離心吸取上清液進(jìn)行分析。每個(gè)受試者收集三份樣品并用 MRMS 分析。每個(gè)樣品用甲醇/水稀釋 10 倍，并添加人亮氨酸腦啡肽作為內(nèi)標(biāo)。
指紋提取樣品在布魯克 7T solariX XR MRMS 采用直接進(jìn)樣和電噴霧正模式（ESI+）分析。在質(zhì)量范圍 100-1500 和分辨率 680000（m/z 200）采集數(shù)據(jù)，得到整個(gè)質(zhì)量范圍每個(gè)化合物的精細(xì)同位素峰。采集高分辨數(shù)據(jù)時(shí)使用亮氨酸腦啡肽標(biāo)品和樣品中存在的高含量分子進(jìn)行內(nèi)標(biāo)校正。
數(shù)據(jù)分析使用布魯克 MetaboScape® 5.0 代謝組學(xué)軟件和 T-ReX® 2D 算法，得到所有樣品的質(zhì)量峰列表，峰強(qiáng)度用亮氨酸腦啡肽歸一化。SmartFormula 給出每個(gè)質(zhì)量的分子式，使用人類代謝組數(shù)據(jù)庫 HMDB[3] 對代謝物進(jìn)行標(biāo)注。共獲得 4050 個(gè)分子特征，其中 465 個(gè)通過 HMDB 數(shù)據(jù)庫檢索 得到鑒定，3479 個(gè)通過 SmartFormula 給出了公式。
MetaboScape® 5.0 對數(shù)據(jù)作了進(jìn)一步的多變量統(tǒng)計(jì)處理，進(jìn)行了主成分分析（PCA）和偏最小二乘分層聚類（PLS-DA）判別分析，以確定能更好地區(qū)分男性和女性個(gè)體的化合物。PLS-DA 計(jì)算給出了預(yù)計(jì)的可變影響因子（VIP）和 區(qū)分男女個(gè)體最特異的代謝物。
MRMS 對指紋提取物的非靶向代謝組學(xué)分析和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，在 PCA 評分圖中觀察到男性和女性個(gè)體以及兩個(gè)定義的年齡組之間的明顯分離，而同一樣本的重復(fù)基本一致（圖2A）。分層聚類進(jìn)一步證實(shí)了這種分離和數(shù)據(jù)的高重現(xiàn)性（圖2B）。分離趨勢表明了人類指紋 MRMS 譜的多變量統(tǒng)計(jì)分析可以有效的區(qū)分性別和年齡組。
用速溶指紋試劑的顯示和未顯示的樣品之間沒有觀察到差異（圖2B，C），表明顯示劑不會干擾指紋恢復(fù)和 MRMS 的化學(xué)成分鑒定。
為了確定區(qū)分性別和年齡貢獻(xiàn)最大的代謝產(chǎn)物，將 PLS-DA 模型對 MS 強(qiáng)度擬合，建立了一個(gè)組分系統(tǒng)，最大化男性/女性和 20-3/45-55 歲組間的協(xié)方差。
圖2: 指紋樣本代謝組學(xué)數(shù)據(jù)多變量統(tǒng)計(jì)分析：A. 前三個(gè)主要成分的PCA分析（藍(lán)色，男性樣本；粉色，女性樣本）；B. 分層聚類分析（藍(lán)色，男性捐贈者；粉色，女性捐贈者；V，志愿者；NR，未披露；R，披露）；C. PCA分析使用前兩個(gè)主成分（藍(lán)色，男性供體；粉色，女性供體；三角形為未顯像指紋；開放圓圈為顯像指紋）；D. PLS-DA模型計(jì)算區(qū)分性別的變量重要性（VIP）；E. PLS-DA模型計(jì)算區(qū)分年齡的變量重要性（VIP）
鞘脂十六碳鞘氨醇（C16H35NO2，m/z 273.267312）顯示出最高的 VIP 評分（圖2D，E），對性別和年齡區(qū)分貢獻(xiàn)最大。另一種有最大貢獻(xiàn)的成分是植物鞘脂（C18H39NO3，m/z 318.30027），計(jì)算和 HMDB 檢索給出了分子式和鑒定（圖2D，E）。MRMS 的超高分辨率、質(zhì)量精度和動態(tài)范圍，可以識別十六烷鞘氨醇和植物鞘氨醇同位素分子，給出明確的分子式（圖 3C、D、E 和圖 4C、D、E）。兩種鞘氨醇的分子式還通過其同位素精細(xì)結(jié)構(gòu)得到證實(shí)（圖 3D 和圖 4D）。
女性的差異更明顯（圖 3B 和圖 4B ），在女性指紋（圖 3A 和圖 4A）和同性年輕人中檢測到高濃度的十六烷鞘氨醇和植物鞘氨醇。十六烷鞘氨醇是鞘磷脂（神經(jīng)酰胺磷膽堿）的一種成分，存在于人體表皮。植物鞘氨醇，也存在于神經(jīng)酰胺中，刺激人類角質(zhì)細(xì)胞的分化[4]，促進(jìn)人體皮膚屏障中的水分[5]，對防止脫水以及微生物和過敏原侵入至關(guān)重要[6]。
用超高分辨率磁共振質(zhì)譜法對人類指紋進(jìn)行非靶向代謝組學(xué)表征，可以準(zhǔn)確區(qū)分個(gè)體的性別和年齡。鞘磷脂在區(qū)分性別和年齡中起著核心作用。白色指紋顯示試劑不會干擾皮膚表面殘留物分析，指紋顯示和未顯示樣品的化學(xué)成分非常相似。MRMS 人類指紋代謝組分析可以為法醫(yī)學(xué)提供重要貢獻(xiàn)。
參考資料
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