稀有鮈鲫体内多种神经化学物质的同时测定

高思越, 沈怡, 杨方星. 稀有鮈鲫体内多种神经化学物质的同时测定[J]. 环境化学, 2022, 41(5): 1548-1558. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2021011303
引用本文: 高思越, 沈怡, 杨方星. 稀有鮈鲫体内多种神经化学物质的同时测定[J]. 环境化学, 2022, 41(5): 1548-1558. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2021011303
GAO Siyue, SHEN Yi, YANG Fangxing. Simultaneous determination of multiple neurochemicals in Chinese rare minnow[J]. Environmental Chemistry, 2022, 41(5): 1548-1558. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2021011303
Citation: GAO Siyue, SHEN Yi, YANG Fangxing. Simultaneous determination of multiple neurochemicals in Chinese rare minnow[J]. Environmental Chemistry, 2022, 41(5): 1548-1558. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2021011303

稀有鮈鲫体内多种神经化学物质的同时测定

    通讯作者: Tel:0571-88982392,E-mail:fxyang@zju.edu.cn
  • 基金项目:
    国家自然科学基金(41977341)资助.

Simultaneous determination of multiple neurochemicals in Chinese rare minnow

    Corresponding author: YANG Fangxing, fxyang@zju.edu.cn
  • Fund Project: the National Natural Science Foundation of China(41977341)
  • 摘要: 本文建立了一种可以同时检测稀有鮈鲫体内24种神经化学物质的分析方法。该方法采用QuEChERS技术对样品进行提取和净化,待测物采用超高效液相色谱-串联质谱法(UPLC-MS/MS)分析,利用同位素内标法进行定量。该方法仪器检测限(IDL)范围为0.01—0.06 ng·mL−1,方法定量限(MQL)范围为0.28—1.97 ng·g−1。在两种浓度添加水平下,基质效应处于60.6%—129.0%之间,相对回收率处于66.8%—116.7%之间,仪器日内偏差≤ 8.3%,仪器日间偏差≤10.9%,方法相对标准偏差≤ 10.8%。结果表明,该方法准确可靠,满足鱼体中神经化学物质定量分析要求。
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  • 图 1  35种神经化学物质标志物及内标标准品总离子流色谱图(10 ng·mL−1

    Figure 1.  TIC Chromatograms of standard solution of neurochemicals (10 ng·mL−1

    表 1  24种神经化学物质和11种同位素内标详细信息

    Table 1.  The detailed information of neurochemicals and isotope internal standard

    神经系统分类
    Category
    神经化学物质
    Neurochemical
    英文全称
    English name
    简称
    Abbreviation
    纯度
    Purity
    胆碱能系统 乙酰胆碱 Acetylcholine ACh 98%
    胆碱 Choline Cho 98%
    甘油磷酰胆碱 Glycerophosphocholine GPC 99%
    磷酸胆碱 Phosphocholine CHOP 99%
    甜菜碱 Betaine Bet 98%
    羟色胺能系统 血清素 Serotonin 5-HT 99%
    色氨酸 Tryptophan Trp 99%
    5-羟基色氨酸 5-Hydroxy-L-tryptophan 5-HTP 98%
    5-羟基吲哚-3-乙酸 5-Hydroxyindoleacetic acid 5-HIAA 99%
    儿茶酚胺能系统 左旋多巴 3,4-L-dihydroxyphenylalanine L-DOPA 99%
    多巴胺 Dopamine DA 98%
    3-甲氧基酪胺 3-Methoxytyramine 3-MT 99%
    酪氨酸 Tyrosine Tyrs 99%
    酪胺 Tyramine Tyrm 97%
    肾上腺素能系统 肾上腺素 Epinephrine E 100%
    去甲肾上腺素 Norepinephrine NE 98%
    去甲变肾上腺素 Normetanephrine MNE 99%
    谷氨酸能系统 L-谷氨酰胺 L-Glutamine Gln 99%
    L-谷氨酸 L-Glutamic acid Glu 99%
    L-缬氨酸 L-Valine Val 99%
    其他神经系统相关物质 组织胺 Histamine HSM 97%
    L-天冬氨酸 L-Aspartic acid Asp 98%
    L-蛋氨酸 L-Methionine Met 99%
    L-脯氨酸 L-Proline Prol 99%
    同位素内标 乙酰胆碱-d4 Acetylcholine-d4 ACh-d4 99%
    胆碱-d4 Choline-d4 Cho-d4 99%
    甜菜碱-d3 Betaine-d3 Bet-d3 99%
    血清素-d4 Serotonin-d4 5-HT-d4 99%
    5-羟基吲哚-3-乙酸-d5 5-Hydroxyindoleacetic acid-d5 5-HIAA-d5 99%
    多巴胺-d4 Dopamine-d5 DA-d4 99%
    左旋多巴-d3 3,4-L-dihydroxyphenylalanine-d3 L-DOPA-d3 99%
    酪氨酸-13C Tyrosine -13C Tyrs-13C 99%
    去甲变肾上腺素-d3 Normetanephrine-d3 MNE-d3 99%
    L-缬氨酸-13C L-Valine-13C Val-13C 99%
    脯氨酸-13C5,15N L-Proline-13C5,15N Prol-13C5,15N 99%
    神经系统分类
    Category
    神经化学物质
    Neurochemical
    英文全称
    English name
    简称
    Abbreviation
    纯度
    Purity
    胆碱能系统 乙酰胆碱 Acetylcholine ACh 98%
    胆碱 Choline Cho 98%
    甘油磷酰胆碱 Glycerophosphocholine GPC 99%
    磷酸胆碱 Phosphocholine CHOP 99%
    甜菜碱 Betaine Bet 98%
    羟色胺能系统 血清素 Serotonin 5-HT 99%
    色氨酸 Tryptophan Trp 99%
    5-羟基色氨酸 5-Hydroxy-L-tryptophan 5-HTP 98%
    5-羟基吲哚-3-乙酸 5-Hydroxyindoleacetic acid 5-HIAA 99%
    儿茶酚胺能系统 左旋多巴 3,4-L-dihydroxyphenylalanine L-DOPA 99%
    多巴胺 Dopamine DA 98%
    3-甲氧基酪胺 3-Methoxytyramine 3-MT 99%
    酪氨酸 Tyrosine Tyrs 99%
    酪胺 Tyramine Tyrm 97%
    肾上腺素能系统 肾上腺素 Epinephrine E 100%
    去甲肾上腺素 Norepinephrine NE 98%
    去甲变肾上腺素 Normetanephrine MNE 99%
    谷氨酸能系统 L-谷氨酰胺 L-Glutamine Gln 99%
    L-谷氨酸 L-Glutamic acid Glu 99%
    L-缬氨酸 L-Valine Val 99%
    其他神经系统相关物质 组织胺 Histamine HSM 97%
    L-天冬氨酸 L-Aspartic acid Asp 98%
    L-蛋氨酸 L-Methionine Met 99%
    L-脯氨酸 L-Proline Prol 99%
    同位素内标 乙酰胆碱-d4 Acetylcholine-d4 ACh-d4 99%
    胆碱-d4 Choline-d4 Cho-d4 99%
    甜菜碱-d3 Betaine-d3 Bet-d3 99%
    血清素-d4 Serotonin-d4 5-HT-d4 99%
    5-羟基吲哚-3-乙酸-d5 5-Hydroxyindoleacetic acid-d5 5-HIAA-d5 99%
    多巴胺-d4 Dopamine-d5 DA-d4 99%
    左旋多巴-d3 3,4-L-dihydroxyphenylalanine-d3 L-DOPA-d3 99%
    酪氨酸-13C Tyrosine -13C Tyrs-13C 99%
    去甲变肾上腺素-d3 Normetanephrine-d3 MNE-d3 99%
    L-缬氨酸-13C L-Valine-13C Val-13C 99%
    脯氨酸-13C5,15N L-Proline-13C5,15N Prol-13C5,15N 99%
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    表 2  保留时间、反应离子对和对应内标物

    Table 2.  Retention time, transitions and Internal internal standard

    神经化学物质 Neurochemical保留时间/
    min
    RT
    反应离子对 Transitions对应内标物 Internal standard神经化学物质 Neurochemical保留时间/
    min
    RT
    反应离子对 Transitions对应内标物 Internal standard
    ACh 1.85 145.8>87.0* ACh-d4 Gln 1.42 147.0>84.0* Val-13C
    145.8>60.1 147.0>130.0
    Cho 1.46 104.1>45.0 Cho-d4 Glu 1.45 148.0>84.1* Val-13C
    104.1>60.2* 148.0>102.0
    GPC 1.43 258.1>60.0 ACh-d4 Val 1.63 118.0>55.1 Val-13C
    258.1>104.0* 118.0>72.0*
    CHOP 1.43 184.1>86.1* ACh-d4 HSM 1.25 112.1>68.0* Val-13C
    184.1>125.1 112.1>95.0
    Bet 1.49 118.1>58.2 Bet-d3 Asp 1.42 134.0>74.0* Prol-13C5,15N
    118.1>59.1* 134.0>88.0
    5-HT 4.57 159.8>114.9* 5-HT-d4 Met 1.91 149.8>132.8* Prol-13C5,15N
    159.8>132.0 149.8>103.8
    Trp 6.65 205.1>146.0* 5-HT-d4 Prol 1.49 116.0>42.7 Prol-13C5,15N
    205.1>118.0 116.0>70.0*
    5-HTP 4.12 220.8>133.8 5-HT-d4 ACh-d4 1.85 149.9>42.7
    220.8>161.8* 149.9>90.8*
    5-HIAA 7.16 192.2>146.1* 5-HIAA-d5 Cho-d4 1.46 108.1>60.4
    L-DOPA 2.00 197.8>152.1 L-DOPA-d3 108.1>49.1*
    197.8>181.1* Bet-d3 1.49 121.1>61.2*
    DA 2.03 136.8>64.8* DA-d4 5-HT-d4 4.61 163.8>135.9*
    136.8>90.8 163.8>117.8
    3-MT 3.39 167.8>150.8* DA-d4 5-HIAA-d5 7.15 197.0>150.2*
    167.8>90.8 197.0>122.2
    Tyrs 2.51 182.0>136.0* Tyrs-13C L-DOPA-d3 2.00 200.8>153.9*
    182.0>165.0 200.8>140.8
    Tyrm 2.58 137.8>120.9* Tyrs-13C DA-d4 2.04 140.8>123.1
    137.8>76.8 140.8>94.8*
    E 1.86 184.1>106.9* MNE-d3 Tyrs-13C 2.50 183.1>91.1
    184.1>134.8 183.1>136.2*
    NE 1.68 151.8>135.0 MNE-d3 MNE-d3 2.04 168.8>137.0*
    151.8>107.0* 168.8>109.0
    MNE 2.02 165.8>133.9* MNE-d3 Val-13C 1.63 119.1>55.1*
    165.8>149.0 Prol-13C5,15N 1.49 122.0>75.0*
      注:*:定量离子对. Note: *: Quantification transition.
    神经化学物质 Neurochemical保留时间/
    min
    RT
    反应离子对 Transitions对应内标物 Internal standard神经化学物质 Neurochemical保留时间/
    min
    RT
    反应离子对 Transitions对应内标物 Internal standard
    ACh 1.85 145.8>87.0* ACh-d4 Gln 1.42 147.0>84.0* Val-13C
    145.8>60.1 147.0>130.0
    Cho 1.46 104.1>45.0 Cho-d4 Glu 1.45 148.0>84.1* Val-13C
    104.1>60.2* 148.0>102.0
    GPC 1.43 258.1>60.0 ACh-d4 Val 1.63 118.0>55.1 Val-13C
    258.1>104.0* 118.0>72.0*
    CHOP 1.43 184.1>86.1* ACh-d4 HSM 1.25 112.1>68.0* Val-13C
    184.1>125.1 112.1>95.0
    Bet 1.49 118.1>58.2 Bet-d3 Asp 1.42 134.0>74.0* Prol-13C5,15N
    118.1>59.1* 134.0>88.0
    5-HT 4.57 159.8>114.9* 5-HT-d4 Met 1.91 149.8>132.8* Prol-13C5,15N
    159.8>132.0 149.8>103.8
    Trp 6.65 205.1>146.0* 5-HT-d4 Prol 1.49 116.0>42.7 Prol-13C5,15N
    205.1>118.0 116.0>70.0*
    5-HTP 4.12 220.8>133.8 5-HT-d4 ACh-d4 1.85 149.9>42.7
    220.8>161.8* 149.9>90.8*
    5-HIAA 7.16 192.2>146.1* 5-HIAA-d5 Cho-d4 1.46 108.1>60.4
    L-DOPA 2.00 197.8>152.1 L-DOPA-d3 108.1>49.1*
    197.8>181.1* Bet-d3 1.49 121.1>61.2*
    DA 2.03 136.8>64.8* DA-d4 5-HT-d4 4.61 163.8>135.9*
    136.8>90.8 163.8>117.8
    3-MT 3.39 167.8>150.8* DA-d4 5-HIAA-d5 7.15 197.0>150.2*
    167.8>90.8 197.0>122.2
    Tyrs 2.51 182.0>136.0* Tyrs-13C L-DOPA-d3 2.00 200.8>153.9*
    182.0>165.0 200.8>140.8
    Tyrm 2.58 137.8>120.9* Tyrs-13C DA-d4 2.04 140.8>123.1
    137.8>76.8 140.8>94.8*
    E 1.86 184.1>106.9* MNE-d3 Tyrs-13C 2.50 183.1>91.1
    184.1>134.8 183.1>136.2*
    NE 1.68 151.8>135.0 MNE-d3 MNE-d3 2.04 168.8>137.0*
    151.8>107.0* 168.8>109.0
    MNE 2.02 165.8>133.9* MNE-d3 Val-13C 1.63 119.1>55.1*
    165.8>149.0 Prol-13C5,15N 1.49 122.0>75.0*
      注:*:定量离子对. Note: *: Quantification transition.
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    表 3  方法基质效应和相对回收率

    Table 3.  Matrix effects and relative recoveries

    神经化学物质
    neurochemical
    相对回收率/%
    Relative recovery
    基质效应/%
    Matrix effect
    5 ng·mL−150 ng·mL−15 ng·mL−150 ng·mL−1
    ACh 97.2±6.7 87.3±2.7 117.0±2.2 84.6±7.0
    Cho 97.4±6.0 100.0±7.3 105.5±6.6 95.5±7.7
    GPC 104.8±9.4 109.4±4.5 126.0±18.5 88.4±4.4
    CHOP 96.3±10.4 75.0±9.5 93.6±8.2 78.3±9.3
    Bet 90.1±4.2 77.7±8.3 95.0±6.7 72.1±12.5
    5-HT 91.2±5.5 96.0±4.8 79.5±1.6 104.1±2.2
    Trp 100.5±5.7 86.9±8.3 72.5±2.9 76.7±3.2
    5-HTP 89.8±6.2 89.1±9.6 99.4±1.2 102.0±4.4
    5-HIAA 89.7±4.4 84.6±6.4 93.3±10.2 79.6±3.4
    L-DOPA 96.3±5.7 91.7±5.8 91.1±15.3 61.8±15.8
    DA 97.7±7.4 74.3±11.5 109.1±3.6 66.3±16.2
    3-MT 103.9±2.0 85.3±8.8 84.8±5.9 117.2±5.7
    Tyrs 101.8±7.0 76.2±9.8 95.9±3.0 87.0±7.3
    Tyrm 99.1±9.8 111.6±8.0 103.6±6.1 96.1±0.4
    E 101.5±3.3 85.1±8.7 113.8±7.7 60.6±15.6
    NE 93.1±2.5 82.3±1.8 77.1±2.5 95.7±1.9
    MNE 96.5±8.5 92.9±4.7 105.3±9.5 89.7±6.3
    Gln 87.1±2.2 87.2±7.4 100.6±1.6 71.7±0.8
    Glu 104.7±4.5 74.1±5.6 108.5±1.5 77.6±8.9
    Val 91.3±8.4 66.8±1.0 105.5±2.8 70.4±9.4
    HSM 107.9±9.1 79.7±10.7 99.5±2.5 67.4±12.9
    Asp 83.4±4.1 98.4±10.6 100.7±5.7 97.6±11.5
    Met 116.7±2.4 88.9±3.5 129.0±12.3 88.9±0.6
    Prol 105.4±8.2 113.4±6.9 101.9±3.2 97.3±5.3
      注:基质效应>100%表示增强;<100%表示抑制. Note: matrix effect >100% means enhancement; <100% means suppression.
    神经化学物质
    neurochemical
    相对回收率/%
    Relative recovery
    基质效应/%
    Matrix effect
    5 ng·mL−150 ng·mL−15 ng·mL−150 ng·mL−1
    ACh 97.2±6.7 87.3±2.7 117.0±2.2 84.6±7.0
    Cho 97.4±6.0 100.0±7.3 105.5±6.6 95.5±7.7
    GPC 104.8±9.4 109.4±4.5 126.0±18.5 88.4±4.4
    CHOP 96.3±10.4 75.0±9.5 93.6±8.2 78.3±9.3
    Bet 90.1±4.2 77.7±8.3 95.0±6.7 72.1±12.5
    5-HT 91.2±5.5 96.0±4.8 79.5±1.6 104.1±2.2
    Trp 100.5±5.7 86.9±8.3 72.5±2.9 76.7±3.2
    5-HTP 89.8±6.2 89.1±9.6 99.4±1.2 102.0±4.4
    5-HIAA 89.7±4.4 84.6±6.4 93.3±10.2 79.6±3.4
    L-DOPA 96.3±5.7 91.7±5.8 91.1±15.3 61.8±15.8
    DA 97.7±7.4 74.3±11.5 109.1±3.6 66.3±16.2
    3-MT 103.9±2.0 85.3±8.8 84.8±5.9 117.2±5.7
    Tyrs 101.8±7.0 76.2±9.8 95.9±3.0 87.0±7.3
    Tyrm 99.1±9.8 111.6±8.0 103.6±6.1 96.1±0.4
    E 101.5±3.3 85.1±8.7 113.8±7.7 60.6±15.6
    NE 93.1±2.5 82.3±1.8 77.1±2.5 95.7±1.9
    MNE 96.5±8.5 92.9±4.7 105.3±9.5 89.7±6.3
    Gln 87.1±2.2 87.2±7.4 100.6±1.6 71.7±0.8
    Glu 104.7±4.5 74.1±5.6 108.5±1.5 77.6±8.9
    Val 91.3±8.4 66.8±1.0 105.5±2.8 70.4±9.4
    HSM 107.9±9.1 79.7±10.7 99.5±2.5 67.4±12.9
    Asp 83.4±4.1 98.4±10.6 100.7±5.7 97.6±11.5
    Met 116.7±2.4 88.9±3.5 129.0±12.3 88.9±0.6
    Prol 105.4±8.2 113.4±6.9 101.9±3.2 97.3±5.3
      注:基质效应>100%表示增强;<100%表示抑制. Note: matrix effect >100% means enhancement; <100% means suppression.
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    表 4  仪器有效性和方法有效性(n=5)

    Table 4.  Instrumental validation and method validation (n=5)

    神经化学物质
    Neurochemical
    仪器日内偏差/%
    Instrument intraday deviation RSD
    仪器日间偏差/%
    Instrumental Interday deviation RSD
    方法精密度/%
    Method precision RSD
    5 ng·mL−150 ng·mL−15 ng·mL−150 ng·mL−15 ng·mL−150 ng·mL−1
    ACh 3.5 0.2 3.2 1.1 7.0 3.1
    Cho 1.1 1.4 8.4 5.3 6.1 7.3
    GPC 2.7 1.3 5.5 4.0 9.0 4.1
    CHOP 5.9 1.8 3.5 2.9 10.8 5.3
    Bet 2.0 0.3 4.7 2.6 4.6 10.3
    5-HT 5.0 1.5 3.8 2.3 6.0 5.0
    Trp 3.2 0.4 2.3 1.0 5.7 9.6
    5-HTP 3.2 4.7 7.1 2.3 6.9 10.8
    5-HIAA 1.4 0.3 2.4 0.8 4.9 7.8
    L-DOPA 7.0 1.1 9.8 10.9 6.0 6.3
    DA 1.2 0.3 7.3 3.0 7.6 10.7
    3-MT 2.1 0.6 4.2 1.7 1.9 10.4
    Tyrs 5.7 4.5 3.6 2.5 6.9 9.6
    Tyrm 3.7 1.4 5.4 4.3 9.9 7.1
    E 5.2 5.8 8.4 3.1 3.2 10.2
    NE 2.6 3.4 9.0 8.8 2.7 2.1
    MNE 2.9 2.1 7.5 4.3 8.8 5.0
    Gln 6.0 1.0 3.8 2.0 2.5 8.5
    Glu 1.7 1.7 7.6 3.6 4.3 3.0
    Val 4.5 2.0 3.6 2.2 9.2 1.6
    HSM 3.1 1.1 6.6 1.2 8.5 1.2
    Asp 8.3 2.3 5.1 3.3 5.0 2.3
    Met 6.7 3.8 7.4 3.4 2.1 7.1
    Prol 3.6 0.4 7.3 5.1 7.8 6.1
    神经化学物质
    Neurochemical
    仪器日内偏差/%
    Instrument intraday deviation RSD
    仪器日间偏差/%
    Instrumental Interday deviation RSD
    方法精密度/%
    Method precision RSD
    5 ng·mL−150 ng·mL−15 ng·mL−150 ng·mL−15 ng·mL−150 ng·mL−1
    ACh 3.5 0.2 3.2 1.1 7.0 3.1
    Cho 1.1 1.4 8.4 5.3 6.1 7.3
    GPC 2.7 1.3 5.5 4.0 9.0 4.1
    CHOP 5.9 1.8 3.5 2.9 10.8 5.3
    Bet 2.0 0.3 4.7 2.6 4.6 10.3
    5-HT 5.0 1.5 3.8 2.3 6.0 5.0
    Trp 3.2 0.4 2.3 1.0 5.7 9.6
    5-HTP 3.2 4.7 7.1 2.3 6.9 10.8
    5-HIAA 1.4 0.3 2.4 0.8 4.9 7.8
    L-DOPA 7.0 1.1 9.8 10.9 6.0 6.3
    DA 1.2 0.3 7.3 3.0 7.6 10.7
    3-MT 2.1 0.6 4.2 1.7 1.9 10.4
    Tyrs 5.7 4.5 3.6 2.5 6.9 9.6
    Tyrm 3.7 1.4 5.4 4.3 9.9 7.1
    E 5.2 5.8 8.4 3.1 3.2 10.2
    NE 2.6 3.4 9.0 8.8 2.7 2.1
    MNE 2.9 2.1 7.5 4.3 8.8 5.0
    Gln 6.0 1.0 3.8 2.0 2.5 8.5
    Glu 1.7 1.7 7.6 3.6 4.3 3.0
    Val 4.5 2.0 3.6 2.2 9.2 1.6
    HSM 3.1 1.1 6.6 1.2 8.5 1.2
    Asp 8.3 2.3 5.1 3.3 5.0 2.3
    Met 6.7 3.8 7.4 3.4 2.1 7.1
    Prol 3.6 0.4 7.3 5.1 7.8 6.1
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    表 5  方法线性关系和检出限

    Table 5.  linear relationship and detection limits

    神经化学物质
    Neurochemical
    线性方程
    Linear equation
    相关系数
    Correlation coefficient
    仪器检测限/(ng·mL−1
    IDL
    方法定量限/(ng·g−1
    MQL
    AChy=0.0588x0.99560.010.31
    Choy=0.1136x+18.1860.99740.041.23
    GPCy=0.0242x+0.02750.99680.010.29
    CHOPy=0.0017x−0.00470.99000.020.62
    Bety=0.0934x+7.08490.99590.010.33
    5-HT y=0.2304x−0.28470.99740.061.97
    Trpy=0.5648x+1.62080.99820.010.30
    5-HTPy=0.2386x+0.01960.99880.010.33
    5-HIAAy=0.1255x+0.01540.99950.010.33
    L-DOPAy=0.0755x+0.2920.99890.030.93
    DAy=0.333x+0.65760.99580.010.31
    3-MTy=0.4708x+2.9680.99500.030.87
    Tyrsy=0.0766x+0.31080.99510.020.59
    Tyrmy=0.037x−0.01550.99580.051.51
    Ey=0.0074x−0.00240.99590.020.59
    NEy=0.1x−0.21940.99750.010.32
    MNEy=0.0334x+0.06280.99950.010.31
    Glny=0.3987x+0.98340.99890.020.69
    Gluy=0.7131x+2.35980.99840.010.29
    Valy=1.0057x+12.3490.99680.020.66
    HSMy=0.2451x−0.36180.99350.010.28
    Aspy=0.0029x+0.03560.99800.031.08
    Mety=0.0733x+0.58390.99900.030.77
    Proly=0.8398x+7.54760.99650.010.28
    神经化学物质
    Neurochemical
    线性方程
    Linear equation
    相关系数
    Correlation coefficient
    仪器检测限/(ng·mL−1
    IDL
    方法定量限/(ng·g−1
    MQL
    AChy=0.0588x0.99560.010.31
    Choy=0.1136x+18.1860.99740.041.23
    GPCy=0.0242x+0.02750.99680.010.29
    CHOPy=0.0017x−0.00470.99000.020.62
    Bety=0.0934x+7.08490.99590.010.33
    5-HT y=0.2304x−0.28470.99740.061.97
    Trpy=0.5648x+1.62080.99820.010.30
    5-HTPy=0.2386x+0.01960.99880.010.33
    5-HIAAy=0.1255x+0.01540.99950.010.33
    L-DOPAy=0.0755x+0.2920.99890.030.93
    DAy=0.333x+0.65760.99580.010.31
    3-MTy=0.4708x+2.9680.99500.030.87
    Tyrsy=0.0766x+0.31080.99510.020.59
    Tyrmy=0.037x−0.01550.99580.051.51
    Ey=0.0074x−0.00240.99590.020.59
    NEy=0.1x−0.21940.99750.010.32
    MNEy=0.0334x+0.06280.99950.010.31
    Glny=0.3987x+0.98340.99890.020.69
    Gluy=0.7131x+2.35980.99840.010.29
    Valy=1.0057x+12.3490.99680.020.66
    HSMy=0.2451x−0.36180.99350.010.28
    Aspy=0.0029x+0.03560.99800.031.08
    Mety=0.0733x+0.58390.99900.030.77
    Proly=0.8398x+7.54760.99650.010.28
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    表 6  稀有鮈鲫体内神经化学物质含量(n=7)

    Table 6.  Concentrations of neurochemicals in Chinese rare minnow(n=7)

    神经化学物质
    Neurochemical
    雄鱼含量* /(ng·g−1)(湿重)
    Male
    雌鱼含量* /(ng·g−1)(湿重)
    Female
    ACh66.3±8.955.8±6.5
    GPC2.8±0.71.1±0.2
    CHOP6.0±2.24.0±0.8
    5-HT11.0±1.511.8±0.9
    Trp28.9±2.933.1±3.0
    5-HIAA13.6±1.611.1±1.8
    L-DOPA53.9±5.140.8±5.5
    DA611.1±80.2660.1±74.3
    3-MT475.9±69.7501.7±75.2
    Tyrs1189.4±69.4184.0±95.5
    Tyrm840.7±52.2034.5 ±150.7
    E5.7±0.66.0±0.5
    NE2.7±0.22.5±0.2
    MNE6.2±0.36.3±0.4
    Gln32.1±5.031.7±2.4
    Glu48.4±5.047.9±5.5
    Val849.7±54.6273.0 ±121.7
    HSM33.1±5.538.3±7.4
      *: Mean±SD.
    神经化学物质
    Neurochemical
    雄鱼含量* /(ng·g−1)(湿重)
    Male
    雌鱼含量* /(ng·g−1)(湿重)
    Female
    ACh66.3±8.955.8±6.5
    GPC2.8±0.71.1±0.2
    CHOP6.0±2.24.0±0.8
    5-HT11.0±1.511.8±0.9
    Trp28.9±2.933.1±3.0
    5-HIAA13.6±1.611.1±1.8
    L-DOPA53.9±5.140.8±5.5
    DA611.1±80.2660.1±74.3
    3-MT475.9±69.7501.7±75.2
    Tyrs1189.4±69.4184.0±95.5
    Tyrm840.7±52.2034.5 ±150.7
    E5.7±0.66.0±0.5
    NE2.7±0.22.5±0.2
    MNE6.2±0.36.3±0.4
    Gln32.1±5.031.7±2.4
    Glu48.4±5.047.9±5.5
    Val849.7±54.6273.0 ±121.7
    HSM33.1±5.538.3±7.4
      *: Mean±SD.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-13
  • 录用日期:  2021-05-04
  • 刊出日期:  2022-05-27

稀有鮈鲫体内多种神经化学物质的同时测定

    通讯作者: Tel:0571-88982392,E-mail:fxyang@zju.edu.cn
  • 浙江大学环境与资源学院环境健康研究所,杭州,310058
基金项目:
国家自然科学基金(41977341)资助.

摘要: 本文建立了一种可以同时检测稀有鮈鲫体内24种神经化学物质的分析方法。该方法采用QuEChERS技术对样品进行提取和净化,待测物采用超高效液相色谱-串联质谱法(UPLC-MS/MS)分析,利用同位素内标法进行定量。该方法仪器检测限(IDL)范围为0.01—0.06 ng·mL−1,方法定量限(MQL)范围为0.28—1.97 ng·g−1。在两种浓度添加水平下,基质效应处于60.6%—129.0%之间,相对回收率处于66.8%—116.7%之间,仪器日内偏差≤ 8.3%,仪器日间偏差≤10.9%,方法相对标准偏差≤ 10.8%。结果表明,该方法准确可靠,满足鱼体中神经化学物质定量分析要求。

English Abstract

  • 当前,越来越多的环境污染物被排入到水环境中,继而对水生动物(特别是鱼类)产生各种不利影响[1-2]。其中,包括精神活性物质在内的一些污染物,能够作用于水生动物的神经系统,产生神经毒性影响。这类污染物通过直接或间接促进/抑制某种神经递质的释放,从而导致动物的行为发生改变,改变个体的捕食、繁殖、躲避猎食者等行为,进而影响其个体和种群生存状况[3-5]。因此,神经毒性已经成为污染物对水生动物不利影响的重要组成部分,越来越受到人们的关注[6]

    污染物的神经毒性通常借由神经递质或其上下游产物(统称为神经化学物质)实现。神经递质不仅是神经传递的基础,而且在中枢神经系统发育过程中起着至关重要的作用。神经递质在突触前神经元中合成,并由特定的突触囊泡转运体包装成囊泡,随后释放到突触间隙,在那里它们与突触后受体结合。随后,神经递质通过降解或再吸收来终止神经传递[7]。在大脑发育过程中,遗传或环境因素引起的神经递质合成、转运或代谢障碍可能导致儿童出现多种神经学表现,包括但不限于神经发育迟缓、运动障碍、癫痫和神经精神病学特征[8-10]

    基于神经化学物质的不同,神经系统可分为组胺能、谷氨酸能、氨基丁酸能、甘氨酸能、胆碱能、羟色胺能、儿茶酚胺能和肾上腺素能等不同系统。这些神经系统可以调节不同的行为及生理功能。例如胆碱能中乙酰胆碱(ACh)可激活两类受体:烟碱类受体(nAChRs)和毒蕈碱类受体(mAChRs)。其中mAChRs可能参与神经传递、神经调节和嗅觉调控[11],nAChRs在调节谷氨酸释放和记忆形成[12]中发挥关键作用;儿茶酚胺能中多巴胺能神经元只占大脑神经元总数的不到1%,但它们对大脑生理有着重要的影响,多巴胺能调节运动、认知、情感和奖励[13];羟色胺能中血清素可以调节知觉、攻击性、焦虑、性行为、食欲、血管功能和痛觉[14]。这些神经系统中的神经化学物质都有可能受到外源污染物的干扰,继而在暴露个体中产生神经毒性效应。

    然而,在神经毒性研究中,特别是对非靶标物种的神经毒性研究中,往往并不知道污染物的作用靶点,如果只选择一种或少数几种神经化学物质作为研究对象有可能错失真正的作用靶点。此外,由于生物体是完整的有机整体,体内存在复杂的反馈机制,污染物对生物体的神经毒性影响最终可能会表现在多种神经化学物质上。因此,当涉及神经化学物质的神经毒性研究时,特别是未知机理的神经毒性研究时,应尽可能地覆盖更多的神经化学物质,才能准确和全面地评估污染物的神经毒性效应及其机制。

    同时分析多种神经化学物质无疑对分析手段提出了更高的挑战。传统的单个测定神经化学物质的方法已很难满足对神经化学物质高通量分析的要求。当前,能够同时检测多种神经化学物质检测方法主要有气相色谱-质谱联用法(GC-MS)、高效液相色谱法(HPLC)和超高效液相色谱—串联质谱法(UPLC-MS/MS)等,其中GC-MS能够检测的物质比较有限,HPLC的灵敏度较低,而UPLC-MS/MS不仅能够同时检测更多的化学物质,且具有更高的灵敏度和准确度[15-17]。目前已有文献利用UPLC-MS/MS对神经化学物质进行检测,但是,大部分研究也仅包括几种典型神经递质,如血清素、乙酰胆碱、谷氨酸、多巴胺等[18-19]。本研究共选取了包括组胺能、谷氨酸能、胆碱能、羟色胺能、儿茶酚胺能和肾上腺素能系统在内的24种神经化学物质,这些物质包括典型的神经递质及其前体和代谢物,以期能够更加全面地反映神经系统对污染物的响应。

    稀有鮈鲫是中国特有鱼种,属于冷水鱼,具有对污染物敏感,易饲养等特点,在一些毒性实验中已经被采用为模式鱼种。鱼类是典型的水生动物,关于污染物对鱼类的神经毒性影响已有许多报导[20-22]。本文采用稀有鮈鲫作为受试动物,结合超高效液相色谱-串联质谱法(UPLC-MS/MS),建立了一种适用于包括稀有鮈鲫在内的鱼体中24种神经化学物质同时检测的快速分析方法,为全面评估污染物对鱼类的神经毒性影响提供技术手段。

    • 超高效液相色谱-三重四极杆串联质谱仪(Xevo TQ-S, Waters,美国),配电喷雾离子源(ESI);制冰机(精宏,上海);Milli-Q纯水仪(Millipore,美国);分析天平(220 g/0.1 mg,ME204,Mettler-Toledo,瑞士);超声波清洗器(KQ3200,舒美,中国);匀浆机(IKA,德国);高速离心机(TG20WS,湘智,中国);氮吹浓缩仪(N-EVAP-12,Organomation,美国)。

      24种神经化学物质和11种同位素内标均购自中国百灵威公司,详细信息见表1。所有神经化学物质标准品和同位素内标根据其溶解度用乙腈或含一定比例水的乙腈溶液配制成浓度为1 mg·mL−1的储备液,在−20℃条件下保存,配制低浓度单标或混标溶液时用5%乙腈水溶液逐步进行稀释。

      使用溶剂均为LC-MS级。甲醇购自美国Fisher Scientific公司,乙腈购自美国J.T.Baker公司。甲酸(Formic acid,FA,纯度99.0%)购自中国百灵威公司。吸附剂PSA(Primary secondary amine)购自美国Agilent Technologies公司,C18购自美国Welch Materials公司。分析纯中性Al2O3、无水MgSO4、NaCl均用乙腈洗涤后晾干,使用前分析纯中性Al2O3在 180 ℃条件下烘烤12 h活化,无水MgSO4和NaCl 450 ℃烘烤4 h以去除可能残留的有机物。

    • 成年稀有鮈鲫((0.8 ± 0.2 )g)购自中国科学院水生生物研究所,实验前均用经48 h曝气除氯的自来水驯化一周,每天维持12 h光照且喂食一次丰年虫,每48 h更换装置内一半水。

      样品前处理方法采用QuEChERS(Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged、Safe)方法,该方法在2003年由Anastassiades等提出[23],分为乙腈萃取和基质净化两个步骤,通过吸附剂去除基质中的脂肪等杂质,可有效降低基质效应[24-25]。具体操作如下:

      成年稀有鮈鲫于−20℃的条件下冷冻断颈处死,每条鱼称重后各加入体重两倍比例的超纯水(如0.5 g鱼加1 mL超纯水)充分匀浆,将全部匀浆液置于2 mL离心管中,加入20 μL同位素内标混合液(各同位素内标浓度为100 ng·mL−1),用3 mL含0.1%(体积分数)甲酸的乙腈溶液超声萃取10 min。加入100 mg NaCl和100 mg无水MgSO4涡旋混匀后在5000 r·min−1下离心5 min,取上清液。上清液中加入60 mg PSA,30 mg Al2O3,30 mg C18和20 mg无水MgSO4后涡旋混匀,5000 r·min−1下离心5 min,取上清液,剩余部分用2 mL含0.1%甲酸的乙腈溶液润洗后再次离心取上清液。两次上清液合并后氮吹浓缩至近干,再用200 μL 5%乙腈水溶液复溶,过0.22 μm滤膜以去除可能含有的颗粒物,进UPLC-MS/MS分析.

    • 色谱条件:液相分离色谱柱为Synergi Polar-RP 100 Å column (100 mm×2 mm,2.5 μm,Phenomenex,Torrance,美国),柱前加VanGuard保护柱(2.1 mm × 5 mm,1.7 μm)。分析时,柱温设置为20 ℃,进样量为10 μL。流动相用二元洗脱液,A路甲醇,B路水,均添加0.1%的甲酸,流速为0.2 mL·min−1,梯度设定为:0 min 5%A,2 min 5%A,4 min 25%A,7 min 95%A ,8 min5%A。

      质谱条件:质谱运行模式为正离子模式,多反应选择离子监测(multiple reaction monitoring,MRM)。电压设置为3.5 kV,氮气作为脱溶剂气,流速为800 L·h−1,温度为350 ℃,氩气作为碰撞气。

      按“1.3”仪器分析条件得到24种神经化学物质10 ng·mL−1标准溶液的总离子流色谱图(图1)和24种神经化学物质和11种同位素内标的保留时间、离子对和对应内标物等参数(表2)。

    • 生物样品基质复杂,为了验证和评价方法的可靠性,本文对QuEChERS方法处理稀有鮈鲫样品检测多种神经化学物质的基质效应、相对回收率、仪器检测限和方法定量限等参数进行了测定。具体方法如下:

      基质本底的测定:为减少个体差异,将10条稀有鮈鲫匀浆液进行混匀,再取200 μL(n=3)匀浆液按照“1.2节”方法进行前处理,氮吹至近干后,用200 μL 5%乙腈溶液复溶,使用UPLC-MS/MS测定神经化学物质浓度为C0

      基质效应(matrix effect,ME):取上述稀有鮈鲫匀浆液200 μL(n=3)按照“1.2节”方法进行前处理,氮吹至近干后,分别加入200 μL浓度为5、50 ng·mL−1的神经化学物质混合标准溶液复溶,使用UPLC-MS/MS测定神经化学物质浓度为C1,代入公式(1)分别计算出ME后再计算ME的均值和标准差。

      相对回收率(relative recovery,Rr):取上述稀有鮈鲫匀浆液200 μL(n=3)加入20 μL浓度为50、500 ng·mL−1的神经化学物质混合标准溶液,按照“1.2节”方法进行前处理,氮吹至近干后,加入200 μL 5%乙腈溶液复溶,使用UPLC-MS/MS测定神经化学物质浓度为C2,代入式(2)分别计算出Rr后再计算Rr的均值和标准差。

      在实验选定条件下,使用QuEChERS-超高效液相色谱-串联质谱法对稀有鮈鲫体内24种神经化学物质进行检测,得出基质效应和相对回收率如表3所示。在加标浓度为5 ng·mL−1和50 ng·mL−1条件下的基质效应处于60.6%—129.0%之间,相对回收率处于66.8%—116.7%之间。

      本次研究评估了仪器偏差和方法精密度,仪器偏差包括仪器日内偏差和日间偏差,结果见表4。仪器日内偏差和日间偏差由2个不同浓度(5 ng·mL−1和50 ng·mL−1)的混标溶液直接进样分析得到,方法精密度由两个加标浓度(5 ng·mL−1和50 ng·mL−1)的鱼匀浆液经方法“1.2”前处理得到,n=5。当加标浓度为5 ng·mL−1和50 ng·mL−1时,仪器日内偏差≤8.3%,仪器日间偏差≤10.9%,方法精密度≤10.8%,表明用超高效液相色谱-串联质谱来测量神经化学物质的准确度较高,对神经化学物质的定量分析结果可靠。

    • 仪器检测限(instrument detection limit,IDL)使用EPA[26]的推荐方法测定:配制浓度为0.1、1、10、100 ng·mL−1的神经化学物质混合标准溶液,每个浓度连续进样5次,计算仪器响应平均值(mean peak area,M)和标准偏差(standard deviation,SD);

      方法检测限(method detection limits,MDL):根据IDL和Rr计算获得;

      方法定量限(method quantification limits,MQL):等于3×MDL。

      式中,C表示相对应的标准溶液浓度(ng·mL−1);ai表示同一浓度标准溶液连续测定5次的第i次峰面积值;MDL计算中Rr值取5、50 ng·mL−1两种加标浓度回收率的平均值;分子中0.2 mL为复溶溶液体积,1.6 mL为整鱼的匀浆液体积;分母中0.2 mL为所取的鱼匀浆液体积,0.8 g为整鱼的质量。同种神经化学物质取不同浓度仪器检测限计算值的最小值记为IDL。

      为减少基质效应对神经化学物质测定的干扰,本方法采用基质匹配校准曲线。基质匹配的校准曲线为200 μL稀有鮈鲫匀浆液,经方法“1.2节”前处理后,最后以1、5、10、50、100、1000、2000 ng·mL−1的标准溶液构建的基质匹配的校准曲线,24种神经化学物质在1—2000 ng·mL−1范围内呈良好的线性关系,相关系数R2范围为0.990—0.999,结果见表5

    • 本方法采用QuEChERS-超高效液相色谱-串联质谱法同时检测稀有鮈鲫体内24种神经化学物质的含量,直接对驯化7 d后的稀有鮈鲫进行神经化学物质含量检测,计算过程见公式(5),结果以ng·g−1(湿重)表示。其中,5-HTP由于低于检测限未检出,Cho、Bet、Asp、Met、Prol含量高于线性范围,故不予定量,其余神经化学物质的浓度结果见表6。检测到的神经化学物质水平与其它文献中报出的神经化学物质含量水平大致相同[27-28],因此,证明该方法是可行的。

      其中,C’表示鱼体内神经化学物质含量,单位为ng·g−1(湿重);C由神经化学物质峰面积和内标峰面积比值代入标准方程得到;V表示鱼匀浆液总体积(mL);m表示鱼的质量(g)。

    • 本文建立了一种QuEChERS-超高效液相色谱-串联质谱分析方法,可同时检测稀有鮈鲫中24种神经化学物质。该方法可有效去除基质干扰,方法回收率较好,稳定可靠。该方法成功应用于稀有鮈鲫体内的神经化学物质的检测,可以对多种神经系统中的神经化学物质进行全面的分析,为鱼类神经生物学和神经毒理学提供了研究手段。

    参考文献 (28)

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