陈柯副教授在高分辨质谱解析小分子转化产物方面取得研究进展

近年来，资环学院陈柯副教授应用高分辨质谱，系统地建立了应用²H同位素标记非靶向分析（²H-SIAM）解析小分子转化产物的相关理论和方法。其相关研究成果以第一作者和通讯作者先后发表于自然指数期刊Analytical Chemistry (2022), 94, 7255−7263和Analytical Chemistry (2023), https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c02833。

有机小分子在生命、医药、地球等学科中均扮演着重要的角色，解析其转化产物和转化行为则一直是相关研究领域的热点。有机小分子在非生物和生物因素的作用下会发生氧化、降解、代谢、结合等反应，所生成的物质可以统称为转化产物。高分辨质谱可用于解析小分子未知的转化产物。然而，高分辨质谱高灵敏度的特性会获得来自非转化产物的数千杂信号，干扰转化产物的解析。应用稳定同位素标记（例如¹³C，²H和¹⁵N）和相关算法，可有效过滤部分杂信号。然而，传统的算法均基于¹³C标记所开发，导致应用²H标记时存在一系列问题。陈柯副教授开发了具有广泛适应性的同位素辅助非靶向分析算法²H-SIAM(1.0)（https://github.com/kechen1984/2H-SIAM），可用于¹³C，²H和¹⁵N等同位素标记小分子转化产物分析。此外，该研究系统阐述了基于²H标记开展小分子转化产物分析的理论和方法，提出了配套的工作流程，并证实了该工作流程和²H-SIAM(1.0)算法的可靠性和适应性。相关研究成果以Global Tracking of Transformation Products of Environmental Contaminants by 2H-Labeled Stable Isotope-Assisted Metabolomics为题，发表于Analytical Chemistry, 2022, 94, 7255−7263, https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c00500。

¹³C或²H标记的小分子价格通常较为昂贵。此外，药剂商往往无法提供同位素标记的、新发现的具有重要生理或环境功能的小分子。这些因素限制了²H-SIAM的应用和发展。氢/氘置换反应（H/D Exchange）可采用不同的氘源（例如D₂O），在温和的催化反应条件下，通过氘源中的²H置换小分子中的H原子，提供廉价的²H标记小分子。因氢/氘置换反应可对不同类型的化合物提供选择性或全局的²H标记，且反应条件温和，适应性广，近年来获得广泛的关注。陈柯副教授通过氢/氘置换反应，合成了新污染物6PPD的苯环选择性氘化物6PPD-d9，并应用自主开发的²H-SIAM(1.0)算法，解析了环境中6PPD的转化产物。在此过程中，详细阐述了相关理论、方法和存在的问题，并证实，自主合成的低纯度²H标记小分子也可有效开展小分子的环境转化产物研究。相关研究成果以题为“H/D Exchange Coupled with 2H‐labeled Stable Isotope-Assisted Metabolomics Discover Transformation Products of Contaminants of Emerging Concern”发表于Analytical Chemistry, 2023, https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c02833。