胆汁酸分析

胆汁酸の複雑な世界に足を踏み入れ、質量分析法の最新の進歩による定量分析と構造特性解析の革命を目撃してください。

胆汁酸分析の課題

LC-MS/MS を使用して胆汁酸を測定する場合、いくつかの分析上の課題があります。

胆汁酸は多様な構造と特性を持つ複雑な分子種であるため、その分析は複雑です。胆汁酸は、遊離胆汁酸、抱合型胆汁酸(グリシンまたはタウリンを含む)、硫酸抱合型胆汁酸またはグルクロン酸抱合型胆汁酸など、さまざまな形で存在します。この構造の多様性に対応するためには、包括的な検出と定量を確実にするための慎重な方メソッドの開発が必要です。

重要な考慮事項は次のとおりです:

  • 多くの胆汁酸は構造異性体であり、ステロイド骨格のヒドロキシル基の位置のみが異なります。これらの異性体を区別するには、高分解能度の分離技術と正確な質量分析法が必要であり、技術的に困難な場合があります。
  • 胆汁酸はサンプルによっては極めて低濃度で存在する場合があり、非常に感度の高い検出方法が必要になります。さらに、胆汁酸濃度のダイナミックレンジは広い場合があり、低濃度と高濃度の両方を正確に定量するできる方法が必要になります。
  • 生物学的サンプルには、胆汁酸の検出を妨害し、イオンシグナルを抑制または増強するマトリックス効果を引き起こす可能性のある他の化合物が多数含まれていることがよくあります。慎重なメソッド検証と内部標準の使用は、これらの影響を軽減するのに役立ちます。
  • 胆汁酸は質量分析計内でさまざまなイオン化効率を示す可能性があり、感度と定量に影響を与える可能性があります。イオン化条件を最適化すること、たとえば、適切な溶媒、添加剤、およびエレクトロスプレーイオン化 (ESI) や大気圧化学イオン化法 (APCI) などのイオン化技術を使用することが重要です。
  • 正確な定量には、適切なキャリブレーション標準と内部標準を使用する必要があります。同位体標識胆汁酸は、サンプル前処理と分析における変動を補正するための内部標準としてよく使用されます。
  • これらの課題に対処するために、研究者は高度なクロマトグラフィー技術、高分解能質量分析法、頑健なサンプル前処理方法、徹底したメソッド検証プロトコルを組み合わせて使用することがよくあります。

胆汁酸とは何ですか?

一次胆汁酸は、肝臓で合成され、胆嚢に含まれる胆汁に集められ、事前に濃縮されたコレステロール由来の分子です。これらは、相互に連結した 4 つのリングを持つ共通のステロイド骨格を有しています。ステロイド骨格のさまざまな位置にヒドロキシル(-OH)基が結合しており、その数と位置が異なり、異なる胆汁酸が生成されます。これらは、ステロイド骨格から伸びる側鎖に結合したカルボン酸基を有します。

ヒトでは、2 つの一次胆汁酸、コール酸 (CA) とケノデオキシコール酸 (CDCA) が、腸内細菌の媒介によって化学的に異なる二次胆汁酸、デオキシコール酸 (DCA) とリトコール酸 (LCA) に生物変換されます。 一次胆汁酸は、胆汁中に分泌される前に、アミノ酸のタウリンまたはグリシンと結合することがよくあります(たとえば、タウロコール酸やグリココール酸など)。 腸内細菌叢は一次胆汁酸をさらに代謝して、多くの二次胆汁酸を形成します。

これらの分子の生化学はまだ十分に理解されていませんが、状況は変わり始めています。腸-脳軸におけるマイクロバイオームの重要性が高まったことにより、これらの新規化合物の研究に多大な関心と努力が注がれています。

胆汁酸の重要性

胆汁酸にはいくつかの重要な生物学的機能があります。

  • それらは食事の脂肪を乳化させ、膵臓リパーゼの作用のための表面積を増加させます。 このプロセスは、脂肪と脂溶性ビタミン(A、D、E、K)の効率的な消化と吸収に不可欠です。
  • 胆汁酸は体内からのコレステロールの排出を助けます。 肝臓でのコレステロールの胆汁酸への変換は、コレステロールを除去するための主要な経路です。
  • 胆汁酸は、ファルネソイドX受容体(FXR)やGタンパク質共役型胆汁酸受容体(TGR5)などの特定の受容体に結合することで、さまざまなシグナル伝達経路を活性化します。 これらのシグナル伝達経路は、代謝、炎症、エネルギー恒常性を調節します。
  • 胆汁酸には抗菌作用があり、特定の病原微生物の増殖を抑制して腸内細菌叢のバランスを維持するのに役立ちます。

胆汁酸は腸の健康やマイクロバイオームの研究と関連付けられることが多いですが、人間の生理機能、健康、病気においても多面的な役割を果たしています。これらの多様な分子は、がん研究、医薬品開発、心臓血管の健康、栄養、肥満、エクスポソミクスなどにおいて幅広い影響を及ぼすため、現在も研究が進められています。 胆汁酸に対する幅広い関心は、さまざまな生物学的プロセスにおけるその中心的な役割と、治療標的およびバイオマーカーとしての可能性に由来しています。 胆汁酸研究の学際的な性質は、その重要性を強調し、複数の科学領域にわたる共同の取り組みを推進します。

LC-MS/MSによる胆汁酸分析

ヒト血漿中の胆汁酸を包括的に検出し定量するための 2 つの異なる標的戦略があります。

トリプル四重極型質量分析Sベースのアプローチは、高分解能のクロマトグラフィー分離と内部標準戦略を使用して高感度の胆汁酸定量を提供できます。Baylor College of Medicine and Texas Children's Hospital Microbiome CenterのThomas Horvath氏は、いくつかの同重体種を含む一連の胆汁酸のベースライン分離を提供するハメソッドスループット法を開発しました。この技術的に要求の厳しいアッセイメソッドのパラメータと化合物のイオン化を完全に最適化するには、個々の胆汁酸異性体の使用が必要でした。 検証された方法の詳細については、こちらをご覧ください。

高分解能質量分析法 (HRMS) に基づくアプローチは、以下の方法でより包括的な定量を行い、内因性胆汁酸の定量に十分な感度を提供することもできます。

  • 標的胆汁酸ごとに高分解能の完全なプロダクトイオンスペクトルを生成する
  • バックグラウンドのノイズを減らすため、フラグメントイオンを狭い質量対電荷比(m/z)のウインドウで抽出することで、アッセイのシグナル対ノイズ比(S/N)を改善します。

電子励起解離 (EAD) などの新しいフラグメンテーション戦略の追加により、ヒト血漿中の胆汁酸異性体を区別するのに役立ち、大規模なクロマトグラフィー分離や面倒な方法開発の必要性がなくなります。

胆汁酸異性体の正確な定量を通じて胆汁代謝を理解することは、代謝障害から新しい治療法の開発に至るまで、前例のないメタボロミクスの洞察への道を開きます。

Webinar

LC-MS/MSによる胆汁酸分析の新たなアプローチ

このWebinarでは、Baylor College of Medicine and Texas Children's Hospital Microbiome Centerの Thomas D. Horvath 氏と SCIEX の Paul Baker 氏が、高分解能質量分析法 (HRMS) および四重極 MS (TQMS) システムを使用して胆汁酸の定量を強化する革新的な方法について説明します。

Technical note

ZenoTOF 7600 システムを使用した胆汁酸の定量分析と構造特性解析

SCIEX 7500 システムと ZenoTOF 7600 システムを使用して、ヒト血漿サンプル抽出物の胆汁酸含有量を定量する方法について技術的な洞察を獲得します。

バイオメディカルおよびオミックス研究アプリケーション

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