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该方法包括从血清中提取视黄醇,使用 HPLC 分离,并使用 GC-MS 测定标记和未标记的视黄醇同位素。标记与未标记的视黄醇的比率用于估计维生素 A 的体内总储存量。
该方法描述了血清中视黄醇氘富集的测定和体内维生素 A 储存量的估计。该过程包括使用 0.5 mL 0.85% 盐水溶液、100 μL 内标溶液和 5 mL 氯仿-甲醇 (2:1 v/v) 溶液从 0.4 mL 血清中提取视黄醇。离心并去除下层氯仿后,将混合物在氮气下干燥并重悬于 0.1 mL 乙醇中,并使用配备 PE C18 色谱柱的 HPLC 系统将视黄醇馏分与其他成分分离。视黄醇馏分可以手动收集,也可以使用馏分收集器收集。随后,将视黄醇馏分在氮气下干燥,并用含有 10% 三甲基氯硅烷的 O-双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺 (BSTFA) 衍生化。最后,使用配备 19091z-431 HP-1 甲基硅氧烷毛细管柱的 GC-MS 系统定量标记和未标记的视黄醇同位素,该系统采用氦气作为载气,甲烷作为电离剂的电子捕获负化学电离。然后在 Olson、Green 或质量平衡方程中使用标记与未标记的视黄醇的比率来估计维生素 A 的储存。
维生素 A 是视觉系统和维持细胞生长、上皮完整性、红细胞生成、免疫力和生殖功能所需的必需营养素1。维生素 A 缺乏症是世界范围内的一个严重公共卫生问题,影响到 100 多个国家。它对低收入国家的幼儿和孕妇的影响尤为严重。全球约有 1.9 亿儿童患有维生素 A 缺乏症,这使其成为公共卫生和儿童发展的关键问题2。
为应对这种情况,许多低收入国家已经实施了几十年的多项计划,包括补充维生素 A,每年两次向 5 岁以下儿童分发高剂量维生素 A,以及在某些食品中强化维生素 A。然而,这些干预措施经常重叠,使一些人群无意中暴露于慢性过量维生素 A 摄入 3,4。这种缺乏和过量的双重风险凸显了对生物标志物的需求,该生物标志物可以准确评估从缺乏到毒性的全谱维生素 A 状态,以指导计划评估。
维生素 A 生物标志物对于评估营养状况至关重要。最常用的生物标志物是血清中视黄醇和视黄醇结合蛋白 (RBP) 的浓度。然而,重要的是要注意,这些生物标志物可以被感染和炎症暂时抑制,这可能会降低某些人群中维生素 A 评估的特异性 5,6,7。
虽然肝活检或尸检样本被认为是评估维生素 A 状况的金标准,但肝脏维生素 A 总储备最敏感的间接指标是视黄醇同位素稀释 (RID) 方法8。RID 提供了对维生素 A 状态的全谱定量估计,范围从缺乏到过度储存9。在大多数研究应用中,RID 方法包括口服剂量的氘 (2H) 或 13C 标记的视黄酯乙酸酯,然后在 14 至 21 天内与体内储存物混合。在此期间后,收集血样,并将血清储存在 -80 °C。 然后使用质谱法分析标记视黄醇与总视黄醇的比率,以估计维生素 A 储存10,采用 Olson 方程11、质量平衡方程12 或 Green 方程13。本文中提出的方案适用于氘 (2H) 或 13C 标记的视黄酯乙酸酯的给药,并且基于 Tang 等人的工作 14。该方法的总体目标是准确评估和监测体内维生素 A 状态11。这是一种强大的方法,可以定量估计从缺乏到过量15 的广泛状态下的维生素 A 浓度。它比其他方法更准确、更精确,因为其他方法通常依赖于间接测量9(indirect measures)。
该方案已获得公共卫生部伦理委员会的批准(编号 2015/02/550/CE/CNERSH/SP),并获得了父母/监护人的知情同意。
注意:由于维生素 A 对光敏感,因此所有程序都必须在昏暗的光线或金色荧光灯下进行16。材料 表中详细介绍了使用的材料。
1. 试剂的制备
2. 标准溶液的制备
3. 样品分析
注意:本研究中使用的血清样本是在第 14 天从接受口服剂量(2 毫克视黄醇当量)D8-视黄醇的儿童那里收集的,作为旨在监测和评估喀麦隆儿童维生素 A 状况的研究的一部分。
4. 数据分析
5. 维生素 A 储存量的估计
注意:此步骤允许评估个人的维生素 A 状况。
将 3 μL 含有约 50 pM/μL 校准品(视黄醇和 D8-视黄醇)的干燥溶液衍生化样品注入 GC/MS 中,没有显示分子离子,但在视黄醇的 m/z 268 处(图 1)和 D8-视黄醇的 m/z 278处(图 2)处表现出主碎片离子。这表明视黄醇和 D8-视黄醇衍生化过程中形成的视黄基三甲基硅烷醚的分子离子在 GC/MS 中使用的电离条件下不稳定。它们主要通过 α 切割分解成更小的片段。这种常见的碎裂模式涉及与三甲基硅烷基醚基相邻的键断裂。α 裂解导致三甲基硅烷基团(TMS,质量为 73 Da)和氢原子的丢失,导致视黄醇质量为 268 Da,D8-视黄醇 278 Da 的碎裂离子22。这种机制有助于通过分析质谱过程中产生的特定碎片离子来识别和确认样品中视黄醇及其衍生物的存在。注射视黄醇和 D8-视黄醇的混合物后,视黄醇的 m/z 268 和 D8-视黄醇的 m/z 276 处出现两个主要的碎片离子(图 3),表明样品中存在这些化合物。校准曲线表现出优异的线性度,如高相关系数所示(图 4),表明峰比和重量比之间的关系具有非常直接且可预测的模式。
注射血清样品获得的 GC/MS 反应(来自口服剂量为 2 mg 视黄醇当量的 D8-视黄醇的儿童的血清; 图 5)显示视黄醇和 D8-视黄醇的存在,在 m/z 268 和 m/z 274 处观察到两个主要碎片离子。 表 5 列出了 D8-视黄醇在 m/z 274、275、276、277 和 278 以及未标记视黄醇在 m/z 268、269 和 270 处提取离子并积分峰面积后获得的结果。这些结果将被整合到 Olson 方程11 或 Green 方程13 中,以计算体内维生素 A 的储存量。
稳定同位素稀释技术可提供其他方法无法获得的维生素 A 水平测量值,从而能够准确评估维生素 A 状态。该方法对于营养研究、临床诊断和流行病学研究很有价值。
图 1:视黄醇的色谱图和质谱图。 该图显示了衍生化视黄醇标准品分析得到的气相色谱/甲烷电子捕获负化学电离-质谱色谱图(上图)。下图是显示视黄醇的 m/z 268 的质谱图。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 2:D8-视黄醇的色谱图和质谱图。 该图显示了衍生化 D8-视黄醇标准品分析得到的气相色谱/甲烷电子捕获负化学电离-质谱色谱图(上图)。下图是显示 D8-视黄醇的 m/z 278 的质谱图。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 3:视黄醇和 D8-视黄醇混合物的色谱图和质谱图。 该图显示了对视黄醇和 D8-视黄醇衍生混合物进行分析得到的气相色谱/甲烷电子捕获负离子电离-质谱色谱图(上图)。下图是质谱图,显示视黄醇的 m/z 268 和 D8-视黄醇的 m/z 276。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 4:校准曲线。 该图说明了 GC/MS 响应与未标记和标记视黄醇浓度之间的关系。它由方程 y = 9.8379x + 0.7019 描述,其中 y(面积比)表示仪器响应,9.8379 是灵敏度,x(权重比)表示分析物浓度,0.7019 是背景信号。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 5:血清样品的色谱图和质谱图。 该图说明了从血清衍生化视黄醇组分分析得出的气相色谱/甲烷电子捕获负化学电离-质谱色谱图(上图)。下图是显示 D8-视黄醇的 m/z 274 的质谱图。 请单击此处查看此图的较大版本。
标准 | 重量 (mg) | 容量瓶 (mL) | 溶剂 |
视黄醇 | 40 | 100 | 乙醇 |
Retinyl acetate 乙酸 | 40 | 100 | 乙醇 |
氘标记的视黄酯乙酸酯 | 40 | 100 | 乙醇 |
表 1:储备液的制备。 下表演示了如何制备视黄醇和氘标记的视黄醇乙酸酯的浓缩溶液,然后将其稀释至较低浓度以备将来实验使用。
标准 | 储备溶液 (mL) | 容量瓶 (mL) | 溶剂 |
视黄醇 | 1 | 50 | 乙醇 |
Retinyl acetate 乙酸 | 1 | 50 | 乙醇 |
氘标记的视黄酯乙酸酯 | 1 | 50 | 乙醇 |
表 2:稀释储备液的制备。 下表演示了如何制备视黄醇和氘标记的视黄酯乙酸酯的即用型溶液。
标准 | 波长 (nm) | E1%1 厘米 |
视黄醇 | 325 | 1850 |
Retinyl acetate 乙酸 | 326 | 1550 |
表 3:波长和 E1% 1 cm(吸收系数)。
时间 (min) | 流速 (mL/min) | 流动相 A (%) | 流动相 B (%) |
0 – 6 | 1 | 100 | 0 |
6 – 13 | 1 | 100 → 50 | 0 → 50 |
13 - 18 | 1 | 50 | 50 |
18 - 20 | 1 | 50 → 0 | 50 → 100 |
20 - 28 | 1 | 0 | 100 |
28 - 29 | 1 | 0 → 100 | 100 → 0 |
表 4:HPLC 流动相的时间表。 下表说明了 HPLC 色谱运行期间不同固定相的计划顺序和持续时间。
上海 | 标清 | D | H | |
实验体 1 | 64030809 | 566089.7 | 0.008763 | 0.991237 |
实验体 2 | 194354 | 43861.39 | 0.184125 | 0.815875 |
实验体 3 | 793490 | 80179.28 | 0.091773 | 0.908227 |
实验体 4 | 2002063 | 45286.7 | 0.02212 | 0.97788 |
实验体 5 | 80999193 | 355980.7 | 0.004376 | 0.995624 |
实验体 6 | 32196717.7 | 216152.7 | 0.006669 | 0.993331 |
实验体 7 | 40905724.5 | 334818.1 | 0.008119 | 0.991881 |
实验体 8 | 28336711.5 | 218924.1 | 0.007667 | 0.992333 |
实验体 9 | 8695135.5 | 542077 | 0.058684 | 0.941316 |
实验体 10 | 103260212 | 1717728 | 0.016363 | 0.983637 |
SH:m/z 268、269 和 270 处的峰面积总和 | ||||
SD:m/z 274、275、276、277 和 278 处的峰面积总和 | ||||
D:标记视黄醇的富集 | ||||
H:未标记视黄醇水平 |
表 5:血清衍生化视黄醇组分的 GC/MS 结果。 下表报告了计算维生素 A 全身储存所需的 GC/MS 输出。H 是 m/z 处峰面积之和 268、269 和 270;D 是 m/z 处峰面积之和 274、275、276、277 和 278;D 是标记视黄醇的富集;H 是未标记的视黄醇水平;TBS 是维生素 A Total Body Store。
该协议的成功实施取决于每个步骤的有效执行。正确制备溶液和标准品对于确保收集的数据准确可靠至关重要。方案中描述的程序在各种设置中进行了测试,适用于获得满足样品分析目标的解决方案和标准品。
样品分析从提取和分离血清中的视黄醇开始。将血清样品储存在 -80 °C 直至分析对于防止维生素 A 降解至关重要。此外,必须在昏暗的光线下工作16.用于收集视黄醇组分的 HPLC 程序旨在将视黄醇与其他脂溶性成分分离,以避免干扰衍生化过程。它还允许在不冲洗色谱柱的情况下运行数百个样品。
将从HPLC收集的视黄醇级分在70°C下用BSTFA衍生化30分钟。衍生化步骤对于提高视黄醇的挥发性及其在 GC-MS 中的可检测性至关重要。由于它对水敏感,因此在衍生化之前完全干燥样品并在 GC-MS 分析之前留出足够的时间进行衍生化反应至关重要。值得注意的是,与使用 N-甲基-N-(叔丁基二甲基甲硅烷基)三氟乙酰胺 (MTBSTFA) 相比,使用 BSTFA 的衍生化过程非常温和和有效23,24,并且为衍生化视黄醇提供了非常尖锐的峰,在扫描质量范围内没有拖尾或背景峰14。密封小瓶中的衍生化视黄醇可在干燥器中于 4 °C 保存 1 个月而不会降解14。
对于 GC-MS 分析,确保正确校准和维护色谱柱,并优化进样体积、温度和流速至关重要。此处使用的柱上进样条件显示出良好且可靠的结果14。在对氘代和未标记的视黄醇进行 GC-MS 分析期间,Tang 等人14 观察到氘代视黄醇的峰值同时出现在给药剂量和接受该剂量的受试者的血清中。这种模式在未标记的视黄醇中没有出现。因此,他们得出结论,氘代视黄醇的峰是在剂量中预先形成的,而不是质谱仪中碎裂的结果,这表明氘代视黄醇在代谢过程中保持其结构,为生物学研究中追踪视黄醇提供了可靠的标志物。学龄前儿童服用 2 mg D8-视黄醇后血清中氘代视黄醇的富集在 7 h 开始增加,并在 14 d 达到峰值,这是较短的最佳采样时间25。在 200 μL 人血清中,视黄醇的最小可检测富集百分比为 0.01%,表明该方法足够灵敏,可以分析从具有多种维生素 A 状态的受试者身上收集的血清样品14。
虽然这里介绍的稳定同位素稀释技术为评估维生素 A 状况提供了显着优势,但应该注意的是,这种方法需要复杂的设备和技术专长,使其成本高昂且在许多情况下难以常规使用26。因此,在计划使用此技术时,必须考虑此限制。
本手稿是原子能机构支持的题为“利用视黄醇同位素稀释法评估维生素 A 体内储存和肝脏维生素 A 浓度”系列的一部分。
在美国波士顿塔夫茨大学 Jean Mayer 美国农业部人类营养老龄化研究中心类胡萝卜素与健康实验室的奖学金中,在 Guangwen Tang 的监督和国际原子能机构 (IAEA) 的财政支持下,我们学习了该协议。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
13x100 mm disposable culture tubes | 99445-13 | PYREX Disposable Rimless Culture Tubes | |
16x100 mm disposable culture tubes | 99445-16 | PYREX Disposable Rimless Culture Tubes | |
24 Position N-EVAP Nitrogen Evaporator | Organomation Associates, Inc | 11250 | N-EVAP 112, Nitrogen Evaporator, with OA-SYS heating system |
Acetonitrile | Sigma-Aldrich | 00687 | Acetonitrile, suitable for HPLC, gradient grade, ≥99.9% |
Amber colored Crimp vials, 2 mL, | SU860033 | Short thread autosampler vial, amber vial 11.6 x 32 mm | |
Analytical Balance | Mettler Toledo | 30133525 | Precision Balance MS303TS/00 |
C18 column | Perkin-Elmer Inc | 2580195 | Brownlee Pecosphere RA C18 Cartridge Column - 33 mm x 4.6 mm I.D., Pkg. 5 |
cap crimper | MilliporeSigma | Z114243 | Hand-operated aluminum cap crimper O.D. 20 mm |
Capillary column | J & W Scientific | 122-1011 | 15 m × 0.25 mm i.d. fused silica capillary column coated with a DB-1 stationary phase of 0.25 mm film thickness |
Centrifuge | Sigma 3-18KS | ||
Chloroform | Sigma-Aldrich | 528730 | Chloroforme, HPLC grade, ≥ 99.9% |
Conical Flasks: 100 mL, | 4980016 | Borosil Erlenmeyer Flasks Graduated Conical NM Borosilicate | |
Crimp caps with PTFE seal | Supelco | 27455-U | Crimp seals with PTFE/silicone septa |
D8-Retinyl acetate | Cambridge Isotope Laboratories Inc. | DLM-2244-PK | Vitamin A acetate 3-4% cis (10, 14, 19, 19, 19, 20, 20, 20-D8, 90%) |
Dispenser for 1-10 mL | Gilson | F110103 | DISPENSMAN Bottle-top Dispenser |
Dry Block Heater | Grant | Grant QBH2 High Performance Digital Dry Block Heater | |
Ethanol | Sigma-Aldrich | 459844 | Ethyl alcohol, Pure, ≥ 99.5%, ACS reagent, 200 proof |
GC-MS | Agilent | Agilent 7890 A Series Gas Chromatography with 5975C Mass Spectrometer System equipped with a 5975C inert XL EI/CI MSD/DS Turbo CI System, a 7693A Auto‐injector Includes transfer turret and a 7693 sample Tray | |
Glass stoppered volumetric Flasks: 2000 mL | 956854 | BRAND BLAUBRAND volumetric flask, glass stopper, clear glass | |
Glass stoppered volumetric Flasks: 100 mL | 956849 | BRAND BLAUBRAND volumetric flask, glass stopper, clear glass | |
Glass stoppered volumetric Flasks: 1000 mL | 956853 | BRAND BLAUBRAND volumetric flask, glass stopper, clear glass | |
Glass stoppered volumetric Flasks: 25 mL | 956841 | BRAND BLAUBRAND volumetric flask, glass stopper, clear glass | |
Glass stoppered volumetric Flasks: 50 mL | 956847 | BRAND BLAUBRAND volumetric flask, glass stopper, clear glass | |
Glass stoppered volumetric Flasks: 500 mL | 956852 | BRAND BLAUBRAND volumetric flask, glass stopper, clear glass | |
Helium (highest purity) | Air Liquide | UN 1046 Helium compressed, Class 2.2 | |
HPLC | Varian | Varian 940LC HPLC with fraction collector | |
Inserts for crimp vials, 5 mm, 175 μL, | AR0-4521-12 | Verex insert, 5 mm Dia, 175 µl, clear, conical bottom, w/bottom spring | |
Measuring Cylinders: 100 mL | 213902402 | DURAN Measuring Cylinder, with Hexagonal Base, Class A | |
Measuring Cylinders: 250 mL | 213903604 | DURAN Measuring Cylinder, with Hexagonal Base, Class A | |
Methane (highest purity) | Air Liquide | UN1971 Methane compressed, Class 2.1 | |
Methanol | Sigma-Aldrich | 34860 | Methanol, suitable for HPLC, ≥ 99.9% |
N, O-bis(trmethylsilyi)trifluoroacetamide (BSTFA) with 10% Trimethylchlorosilane (TMCS) | Thermo Scientific | 043939.22 | |
Nitrogen | Produced by Parker Balston NitroVap Generator | ||
Pasteur Pipettes, glass, | 13-678-20A | Fisherbrand Disposable Borosilicate Glass Pasteur Pipets | |
Quartz glass Cuvettes | EW-83301-12 | Cole-Parmer Standard Single Quartz Cuvettes | |
Retinol | Sigma-Aldrich | 17772 | ≥95.0% (HPLC), ~2700 U/mg |
Retinyl acetate | Sigma-Aldrich | R0635 | analytical standard grade |
Sodium chloride | Sigma-Aldrich | S9888 | Chlorure de sodium, ACS reagent, ≥ 99.0% |
Spectrophotometer | Shimadzu | Uvmini-1240 UV-Vis Spectrophotometer | |
Tetrahydrofuran | Sigma-Aldrich | 439215 | Tetrahydrofurane, HPLC grade, ≥ 99.9%, inhibitor-free |
Ultrasonic cleaner | Bransonic | CPX-952-339R | Branson CPX Bransonic Ultrasonic Bath |
Volumetric Pipettes: 100-1000 µL | 3123000063 | Eppendorf 1-canal micropipette with T.I.P.S. Box 2.1 | |
Volumetric Pipettes: 20-200 µL | 3123000055 | Eppendorf 1-canal micropipette with T.I.P.S. Box 2.0 | |
Vortex mixer | Ika | Vortx Genius 3 |
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