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【2,3-DTD-TAB COF】基于B-Label与定制COF集成的化学选择性策略，用于UHPLC-MS/MS对短链脂肪酸的靶向代谢分析
摘要：
沈阳药科大学熊志立老师等报道的本篇文章（Anal. Chem. 2024, 96, 17, 6575–6583）中提出了一种基于B标记的化学选择性提取策略，结合了定制的共价有机框架（COF），用于短链脂肪酸（SCFAs）的靶向代谢组学分析。研究中使用3-氨基苯硼酸作为衍生化试剂，对SCFAs进行衍生化，提升了其在超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）分析中的检测灵敏度。合成的COF具有215.77 m²/g的比表面积和774.9 μmol/g的优良吸附能力。与未标记方法相比，B标记策略显著提高了SCFAs的检测灵敏度（提高了1.2至2500倍），并在大鼠的血清和尿液样本中成功定量分析了26种SCFAs。
研究背景：
1) 短链脂肪酸作为功能性代谢物在多种疾病中扮演重要角色，但由于其高极性和不均匀丰度，定性和定量分析面临挑战。
2) 已有多种化学衍生化方法结合LC-MS分析被开发出来，以提高SCFAs的检测能力。然而，传统的同位素标记方法成本高昂，且在分析过程中可能受到内源性物质的干扰。
3) 本文作者提出了一种基于B标记的衍生化方法，结合了具有特定功能的COF，能够在可控pH条件下选择性提取和释放目标代谢物。这种方法不仅提高了选择性和灵敏度，还简化了分析过程。
实验部分：
1. 3-氨基苯硼酸（3-ABBA）的衍生化实验：
1) 将3-ABBA溶解在乙腈（ACN）中，制备成150 mM的溶液。
2) 将SCFAs的混合标准溶液与3-ABBA溶液混合，室温下摇动1小时完成衍生化反应。
3) 衍生化后的产物通过COF进行选择性捕获和释放，用于后续的UHPLC-MS/MS分析。
2. DTD-TAB COF的制备：
1) 将2,3-二羟基对苯二甲醛（DTD）和1,3,5-三(4-氨基苯基)苯（TAB）以等摩尔比溶解在1,4-二氧六烷/正丁醇混合溶液中，加入乙酸作为催化剂。
2) 将混合物在90°C下回流36小时，形成COF的前驱体。
3) 通过离心、洗涤和干燥得到最终的COF产品。
3. COF的吸附能力测试：
1) 将不同浓度的3-戊酰胺基苯硼酸（3PBA）溶液与COF混合，摇动3小时后测定吸附能力。
2) 通过测定3PBA的初始浓度（C0）和吸附后的浓度（Ce），计算COF的吸附容量（Q）。
4. COF的选择性测试：
1) 将含有不同化学基团的混合标准溶液与COF混合，摇动3小时后测定各化合物的剩余量。
2) 通过比较不同化合物的剩余量，评估COF的选择性。
5. COF的再生能力测试：
1) 将标记的SCFAs与COF混合，进行吸附-释放循环实验，共计20个循环。
2) 通过测定每个循环后标记SCFAs的峰面积，评估COF的再生能力。
6. 动物实验和样本收集：
1) 收集四组大鼠（对照组、绝经后骨质疏松组、骨疏丹组和阳性对照组）的血清和尿液样本。
2) 对样本进行预处理，包括超声、离心和干燥，然后进行衍生化和COF提取。
7. UHPLC-MS/MS分析：
1) 使用ACQUITY UPLC HSS T3色谱柱进行SCFAs的色谱分离。
2) 通过质谱仪进行检测，优化检测条件，实现SCFAs的高灵敏度检测。
分析测试：
1. COF的表征：
- 测试项目：扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）。
- 测试结果：COF具有粗糙表面和类似山峦的形态，比表面积为215.77 m²/g，孔体积为0.3129 cm³/g。
2. COF的化学结构分析：
- 测试项目：傅里叶变换红外光谱（FT-IR）。
- 测试结果：FT-IR谱图显示了C=O和B-O的特征吸收峰，确认了3-ABBA的成功合成。
3. COF的吸附能力：
- 测试项目：吸附容量测试。
- 测试结果：COF的最大吸附容量为774.9 nmol/mg，表明COF具有优良的吸附能力。
4. COF的选择性：
- 测试项目：选择性吸附测试。
- 测试结果：COF对含有硼酸基团的化合物具有高度选择性，对3-ABBA和其衍生物的选择性吸附能力显著高于其他化合物。
5. COF的再生能力：
- 测试项目：吸附-释放循环实验。
- 测试结果：经过20次吸附-释放循环后，COF对标记SCFAs的吸附容量保持在首次使用的91.8%至105.0%之间，表明COF具有优异的再生能力。
6. SCFAs的检测灵敏度提升：
- 测试项目：UHPLC-MS/MS分析。
- 测试结果：B标记衍生化策略显著提高了SCFAs的检测灵敏度，提高了1.2至2500倍。
7. SCFAs的分离能力：
- 测试项目：色谱分离测试。
- 测试结果：B标记衍生化策略有效改善了SCFAs在色谱上的保留行为，实现了困难异构体对的良好分离。
总结：
本文提出了一种基于B标记的衍生化策略，结合定制的COF，成功实现了对短链脂肪酸的靶向代谢组学分析。通过优化衍生化和提取条件，显著提高了SCFAs的检测灵敏度和选择性。合成的COF具有良好的比表面积和孔隙结构，能够有效捕获目标代谢物，展现出在生物样本分析中的应用潜力。
展望：
未来的研究可以进一步优化COF的合成和功能化，以提高其在复杂生物样本中的选择性和灵敏度。同时，可以探索其他类型的功能化COFs在靶向代谢组学中的应用，特别是在疾病标志物的检测和分析方面。此外，研究者还可以关注COF在实际应用中的长期稳定性和再生能力，以推动其在临床和工业中的应用。
Chemoselectivity Strategy Based on B‑Label Integrated with Tailored COF for Targeted Metabolomic Analysis of Short-Chain Fatty Acids by UHPLC-MS/MS
文章作者：Yue Yuan, Mengxin Ren, Chengze Zhu, Yanwei Lou, Qinghua Liang, and Zhili Xiong*
DOI：10.1021/acs.analchem.3c05590
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.3c05590
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