定量分析代谢物的组成（代谢组）是认识其营养、环境暴露、生理及病理功能的突破口。该分析常用核磁共振波谱（NMR）与质谱两大技术。质谱技术灵敏度高，却存在代谢物间响应的巨大差异而不利于复杂混合物中各物质的同步定量；所提供的结构信息有限而不利于未知代谢物的绝对结构鉴定。NMR技术的物质间响应相似且能提供丰富的原子连接关系，可便捷同步定量并鉴定混合物中的各种可测物质。但NMR灵敏度有限，即使最灵敏的1H-NMR方法在常见600兆谱仪上的代谢物检测限在数μM水平，而且常遇到谱峰严重重叠问题。突破此瓶颈一直是NMR与代谢组NMR分析领域的重要课题。

  近年，复旦大学唐惠儒团队发展了“探针增敏”（Probe-Induced Sensitivity Enhancement, PRISE）技术，设计并合成而构建了增敏探针库，发展了系列探针增敏型定量代谢组学技术。他们与合作者开展研究，分别在微量完全未知代谢物绝对结构的准确鉴定、代谢物功能解析及应用等方面取得了进展（Nature, 569:581–585, 2019; Nat Microbiol, 7:707-715, 2022; Cell Rep Med, 3:100561, 2022; EMBO J, e108069, 2021; J Hepatol, 74:974-977, 2021; Anal Chem, 89:3293–3299, 2017; Cell Res, 25:429–444, 2015; J Pharm Anal, doi.org/10.1016/j.jpha.2023.10.004; Amer J Clin Nutri, doi.org/10.1016/j.ajcnut.2023.08.023）。

  近日，他们报道了突破检测限μM瓶颈的探针增敏核磁共振技术（PRISE-NUS-HSQC）。他们首先通过还原胺化给每个代谢物的氨基引入两个13CH3而提高了NMR检测的自旋浓度，建立了基于非均匀采样HSQC二维NMR谱的快速检测技术，实现了仅需5分钟即可对多个代谢物的同步检测。再使用对氨基苯磺酸作为单个化学位移和定量内标，构建了百余个代谢物的定量校正因子与化学位移库，实现了生物样本中数十个代谢物同分异构体可分辨的快速同步定量与定性（图1）；该技术将600兆核磁谱仪的定量代谢组学检测限降到0.4μM以下（J Amer Chem Soc, 2023, 145, 47, 25513–25517），使灵敏度提高到5000兆核磁谱仪水平，为大队列群体定量代谢组学研究提供了技术。该工作得到了国家重点研发计划、国家创新群体及上海市级重大专项（国际人类表型组计划一期）等项目的支持。

图 1 探针增敏核磁共振技术（PRISE-NUS-HSQC）及同分异构体分辨的2D-NMR谱

  2023年11月13日，著名国际化学期刊《美国化学会志》在线发表了上述成果。复旦大学的博士生张聪聪和博士后徐莉为该论文的同等贡献第一作者，唐惠儒教授为通讯作者。

Detecting Submicromolar Analytes in Mixtures with a 5 min Acquisition on 600 MHz NMR Spectrometers

原文链接：（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c07861）