導讀

質譜技術在過去的幾十年得到迅猛的發展。與傳統的檢測方法相比，質譜技術具有高靈敏度、高特異性、高準確度、線性范圍寬及高通量等優點，因而有眾多臨床實驗室已經開始或積極準備應用相關質譜技術擴展專業范圍和提升檢驗能力。 

本文來源：中華檢驗醫學雜志, 2019,42(6) : 395-398.

一、常用質譜的類型及臨床應用

（一）液相色譜-質譜聯用技術（liquid chromatography-mass spectroscopy，LC-MS）

LC-MS因其具有靈敏度和特異度高、檢測時間短、可以實現多重檢測、適用范圍廣的特點，可廣泛應用于血液、尿液等樣品中的各種代謝產物以及蛋白質、多肽、維生素、激素等分析，已成為臨床檢驗工作中重要的前沿檢驗技術。

1．新生兒遺傳代謝病篩查：

遺傳代謝病又叫做先天代謝缺陷，會對新生兒產生嚴重的危害，如果不能及時發現，甚至可能危及生命。LC-MS可以在比較短時間內高通量分析干濾紙血片上的氨基酸圖譜和肉堿圖譜，大大提高了檢測時間和通量。目前已有研究表明LC-MS可以篩查出的遺傳代謝病包括高苯丙酮酸血癥、高胱氨酸尿癥、瓜氨酸血癥、甲基丙二酸血癥、3-甲基巴豆酰基輔酶A羧化酶缺乏癥、極長鏈酰基輔酶A脫氫酶缺乏癥等。目前，美國和歐洲大部分的國家和地區已采用LC-MS/MS進行新生兒遺傳代謝性疾病篩查，已被業界認為是新篩的"金標準"方法。

在新生兒遺傳代謝病篩查中，傳統的免疫學方法由于方法學的限制，小分子物質的干擾等原因，無法得到準確的結果；而且一次僅可檢測一種生物樣品成分。質譜的一血多檢優勢明顯，而且檢測項目越多綜合成本越低。這種高靈敏度、高通量、低成本的特點使其成為臨床新生兒代謝病篩查常用的技術手段之一。

2．藥物濃度檢測：

當今藥代動力學的研究對檢測通量和靈敏度都有較高的要求，LC-MS在這方面具有突出優勢，已經被廣泛應用在血藥濃度檢測、抗生素濃度檢測以及食品中化學農藥殘留方面的檢測中。已經有研究者建立了應用LC-MS定量檢測人血漿中甲硝唑、2-羥基甲硝唑、丙戊酸、萬古霉素的方法并應用于藥代動力學研究。結果表明與免疫檢測方法比較LC-MS方法更加靈敏。

目前血藥濃度檢測的主要方法有光譜法、免疫法、色譜法、質譜法等。相比于傳統方法，質譜法是更為靈敏、精準和經濟的檢測方法。

3．維生素類檢測：

機體維生素的水平與生長發育、生理活動的正常進行都有密切關系，有大量應用LC-MS檢測血清中維生素D水平的研究報道。目前臨床實驗室應用LC-MS技術一次可進行多種不同類型維生素檢測，從而可大大降低檢測成本，具有檢測高效、高靈敏度及高特異性的特點，已經作為維生素臨床檢測的主流技術。近年來，隨著生物體內不同類型維生素含量變化與疾病關系研究的不斷深入，LC-MS方法應用于維生素檢測在臨床實驗室有快速普及之勢。

4．激素類檢測：

目前臨床實驗室檢測激素的方法普遍使用的是化學發光或電化學發光方法（化學免疫法），但由于激素類物質在生物樣品中含量低、免疫學方法存在的嗜異性及自身抗體干擾等問題，常常導致化學免疫方法用于激素檢測靈敏度不夠、穩定性差，從而大大影響了臨床實驗室檢測激素結果的可信度。隨著質譜技術的推廣應用，LC-MS在激素檢測中發揮了重要作用，其高靈敏度、高穩定性優勢非常明顯，檢測項目快速增加，受到臨床內分泌學科的高度認可。

5．腫瘤標志物篩選：

LC-MS可以高通量分析檢測腫瘤患者與健康人體液中代謝成分的差異，從而篩選出潛在的腫瘤標志物。目前，LC-MS對腫瘤標志物的篩選已經取得了很大進展。Jasbi等應用LC-MS分析了乳腺癌患者血漿中的代謝產物，檢測分析了具有潛在生物學相關性的105種代謝物。LC-MS也已經應用在早期非小細胞肺癌、胃癌等多種腫瘤標志物的篩選與鑒定中。充分利用質譜技術的高通量特點，結合大數據技術的綜合分析能力，必將大幅提升生物標志物在腫瘤診治中的靈敏度和特異性。

（二）氣相色譜質譜技術（gas chromatography-mass spectroscopy，GC-MS）

1．尿液中代謝產物的檢測：

由于尿液中常包含如氨基酸、糖類、有機酸、醇類等代謝終產物，其濃度高于血清，易于收集，而且大部分代謝產物易揮發，所以可通過GC-MS檢測尿液的特征性代謝產物，為診斷遺傳代謝缺陷病提供可靠的依據。

目前國內已有實驗室建立了常見遺傳性代謝缺陷病的特征性代謝產物質譜圖譜庫，通過檢測尿液中特征性代謝產物得到譜圖，之后與內標峰面積進行比對，可以開展半定量測定。這種半定量方法雖簡便、快捷，但由于缺乏每種被測物質的標準曲線，所以不屬于真正的定量，且實驗結果易受標本肌酐值影響，重復性和準確性有待進一步優化，測定值難以與其他實驗室進行室間比較。隨著GC-MS分析技術的發展普及，它已經成為遺傳代謝缺陷病早期篩查與診斷的可靠手段。

2．在毒物篩查中的應用：

臨床上誤食有毒有害物質后會導致不同系統的急性、亞急性疾病。快速有效地確定致毒物質是后續臨床治療的關鍵。在臨床毒物分析診斷工作中，由于樣品的復雜性、毒物種類的廣泛性、分析目標物的不確定性、各種檢驗方法的局限性，使得毒物篩查技術一直備受毒物分析工作者的重視。隨著質譜技術的發展，通過質譜數據庫的比對查詢來確認未知化合物變得相對簡單易行。GC-MS具有與之相匹配的有機質譜數據庫，該技術也是到目前為止最為成熟的技術，是未知毒物篩查確證的金標準。GC-MS在毒物篩查中，可以快速、高效、方便地為臨床診斷、治療提供依據。GC-MS不適于難揮發、強極性、易熱解的有毒有害物質。LC-MS技術對于難揮發、強極性、熱不穩定毒性化合物的分析具有一定的優勢，是未來毒物篩查技術的發展方向之一，多種檢測手段的聯合使用可提高未知毒物篩查確證的效果。

（三）電感耦合等離子體質譜技術（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）

人體內許多生物大分子如蛋白質、核酸、激素、酶等在維持正常的生理機能時，需要一些微量金屬離子的參與，這些離子的過多攝入或者不足都會不同程度引起生理功能的異常，因此需要檢測一些藥物、食物、環境中各種元素的含量。但一些藥物的成分復雜、微量元素含量低；環境中各種物質元素組成復雜，檢測時相互干擾嚴重；傳統檢測生物體微量元素的方法如原子吸收法、原子熒光法等操作繁瑣、穩定性較差，不能滿足臨床檢測要求。自20世紀80年代問世以來，ICP-MS質譜儀的應用得到迅速的發展。除C、H、O以外，元素周期表中幾乎所有的元素都可以使用ICP-MS完成定量分析。而且，其具有對樣本類型要求較低，檢測靈敏度高、干擾少、超痕量檢測限、檢測線性范圍寬等諸多優點。

（四）基質輔助激光解吸飛行時間質譜（matrix-assisted laser desorption/ ionization time-of -flight mass spectrometry，MALDI-TOF MS）

MALDI-TOF MS可用于對核酸、蛋白質、有機物等的快速分析，包括目前臨床應用最為廣泛的微生物鑒定、核酸分析等。

1．微生物鑒定：

臨床微生物實驗室對樣本中細菌的鑒定主要依賴于傳統的檢測方法如形態學、生化反應、免疫學等，檢測周期長且部分疑難菌種不易鑒定，不能滿足臨床診斷時效的需要，尤其是應對菌血癥、敗血癥等重癥感染的情況。MALDI-TOF MS在這方面有獨特的優勢。該技術對樣品純度要求不高，可以直接使用臨床樣本，或者經過分離培養挑選單菌落進行檢測，獲得其蛋白質譜圖，與更新的微生物數據庫參考圖譜進行比對，從而鑒定至屬、種、乃至亞種的水平，縮短了鑒定的時間。對臨床常見的隱球菌鑒定，MALDI-TOF MS也表現了極好的鑒定能力。

MALDI-TOF MS的優勢還表現為不僅可以對分離菌進行鑒定，近期已有較多的報道應用其鑒定血培養瓶增菌后的微生物。但MALDI-TOF MS臨床微生物鑒定應用中仍然存在一些問題，如數據庫不全導致部分不常見菌株的鑒定困難，亞種鑒定局限；樣本直接鑒定時，標本內菌量對鑒定結果的影響；不同實驗室操作差異，對檢測重復性的影響等。

2．核酸分析：

相比與傳統PCR技術，MALDI-TOF MS在基因SNP檢測方面具有一次檢查多個位點的優勢。基于單堿基延伸基礎上的MALD-TOF MS核酸檢測技術，能夠快速、可靠、高通量開展SNP位點分析。目前MALDI-TOF MS技術已較為廣泛的應用于個體識別和親權鑒定、胎兒RHD基因型鑒定、軟骨發育不全基因篩查、耳聾基因熱點突變檢測等方面。

二、質譜臨床應用面臨的挑戰

在中國，臨床質譜技術屬于新興的檢測方法，臨床應用尚在起步階段，僅有某些大型醫院臨床實驗室和第三方醫學檢驗機構開展了質譜檢測，檢測項目也比較有限，其應用廣度和深度都遠不如歐美國家。究其原因，既有行業政策環境的制約，也有實驗室能力及質譜技術本身局限性等因素。

（一）行業政策的制約

由于質譜技術的高靈敏、高能量等優勢，其在臨床實驗室應用具有廣闊的前景。但由于目前檢驗項目準入、收費定價等方面因素的制約，目前除了微生物鑒定方面的應用外，其他方面的應用無法廣泛開展，嚴重制約質譜技術的發展。

（二）質譜設備價格昂貴

目前質譜技術在臨床實驗應用普及性不足，質譜設備價格昂貴，儀器維護和運行成本高也進一步限制了質譜技術臨床實驗室的開展。

（三）技術自身的局限性

由于我國醫院（特別是大型醫院）臨床實驗室普遍具有標本量大、技術人員配備不足的問題，需要高自動化、高穩定性、配套應用試劑的檢驗設備支撐。而目前質譜設備在臨床實驗室應用還需要進行樣品前處理、人工進樣等相對復雜的步驟，無論從自動化、還是穩定性等方面與目前實驗室廣泛應用的常規檢驗設備相比都還存在不小的差距。

（四）實驗室條件不足

質譜技術目前還屬于檢驗前沿技術，其應用過程及結果分析的相對復雜性對實驗室技術人員的能力要求遠高于現有的常規檢驗設備。由于質譜分析過程中揮發性有機溶劑等成分可能造成實驗室人員的損害，質譜設備運行過程中對溫度、濕度要求高。這就要求質譜運行實驗室具備排風及溫、濕度保障系統。

（五）方法學標準化需要提升

為了準確定量生物樣品中不同成分，生產廠家研發了不同方法學原理的不同類型質譜。由于質譜方法應用于臨床常規檢驗時間還比較短，特別是國內可以說是剛剛起步，質譜設備常規應用中，實驗室需要根據不同品牌、型號、檢測樣品中物質類型、含量、檢測通量等對其方法學參數及條件進行優化。盡管目前有一些企業在開發生產商品化試劑盒提供實驗室使用，但在實際應用中仍然存在一定的局限性。

（六）質量管理有待完善

由于質譜操作過程中需要樣品前處理、人工進樣等相對復雜的流程，對操作人員的技術能力要求高，方法標準化水平低等原因，給實驗室分析前、中、后全過程質量管理中人、機、料、法、環的控制帶來了挑戰。由于國內質譜技術臨床應用目前還不夠普及，很多檢測方法為實驗室自建，如果再應用于多種成分檢測，給室內質量控制的質控品制備、檢測系統性能驗證、實驗室間比對等方面都帶來難度，目前質譜檢測方法的實驗室間質量評價還沒有全面展開。

綜合以上臨床質譜發展的現狀，表明我國質譜技術的臨床應用較歐美發達國家還有較大的差距。要加快質譜技術在臨床實驗室應用，必須努力做好以下方面的工作：一是充分利用相關學術組織，積極圍繞質譜技術臨床實驗室應用需求、存在問題和解決措施等進行研討，并將研討結果形成報告提供給相關監管部門作為其政策決策時參考；二是積極組織相關行業學會、質譜儀器制造商、醫院檢驗科、第三方醫學獨立實驗室開展技術宣傳、人員培訓、標準化方法推廣；三是加強質譜實驗室構建、技術人員上崗、操作流程的規范化管理；四是聯合大學、研究所、設備制造商、實驗室技術人員，聯合申請相關科研基金或融資開展國產質譜設備、利用質譜技術原理開展專用質譜設備（專門用于某一類型項目檢測）、及全自動化質譜設備、質譜儀器流水線的開發，擴大質譜技術臨床實驗室應用的普及，降低質譜設備臨床應用成本。期待在不久的將來，臨床質譜技術能更好、更廣泛的為醫學檢驗服務，讓檢驗結果更加準確、快速、有效，為推進健康中國服務。