突破灵敏度极限：MS³如何推动ALS及其他领域的生物标志物发现变革

引言

在最近于加拿大蒙特利尔举办的MSACL 2025赛默飞世尔科学研讨会上，梅奥诊所的Patrick Vanderboom博士分享了关于使用细胞外囊泡（EVs）作为神经退行性疾病（如肌萎缩侧索硬化症，ALS）潜在生物标志物的突破性研究。其团队的研究，不仅突显了基于EVs生物标志物的生物学前景，还展示了互补质谱策略的强大能力，Thermo Scientific Orbitrap Astral质谱仪一方面利用赛默飞Orbitrap Astral质谱仪进行深度发现研究，另一方面借助赛默飞世尔科学 Stellar 质谱仪进行高灵敏度、多重靶向验证分析。这些方法共同正在重新定义发现和验证蛋白质组学领域的可实现目标。

MS solutions for clinical research and toxicology

生物标志物发现中的灵敏度挑战

从复杂且低丰度样本（如脑脊液或血浆）中检测与疾病相关的蛋白质仍然是一个艰巨的分析挑战。即使采用先进的液相色谱-质谱（LC-MS）工作流程，背景噪音和检测灵敏度不足也可能掩盖关键肽段信号，从而限制生物标志物验证的可靠性和重复性。

Vanderboom 博士团队在开发基于细胞外囊泡（EV）的 ALS 特异性标志物识别工作流程时，正面应对了这一难题。早期采用传统 MS² 方法进行靶向分析时，虽然发现了一些有前景的候选标志物，但却因信号强度低和重复性有限而受阻，这些都是灵敏度达到极限的明显迹象。

MS³ 的优势

为了解决这些挑战，上述 Mayo 团队探索了在Stellar 质谱仪上的靶向验证方法。Stellar 展现出更高的灵敏度，同时实现了快速循环时间，使得峰值采集点更多、重复性更高。有些肽段受到干扰信号影响，对于这些目标，团队进一步探索了MS³（多级碎片化）通过引入额外的碎裂和分离阶段，MS³能够有效地减少背景干扰，生成更清晰的谱图，并实现更低的检测限。

用Vanderboom的话来说：

“你可以看到背景中有相当多的噪音，但如果你看同一个肽段，我们用MS³采集时，它就把背景清理干净了。几乎就像高分辨率一样。”

结果是什么？以前无法检测到的肽段变得可被稳定测量，从而能够更有信心和重复性地区分ALS病例与对照组样本。

从发现、研究到临床应用潜力

细胞外囊泡（EVs）是极具前景的新型生物标志物来源，但一些挑战限制了进展。团队利用Obitrap Astral平台，通过快速DIA和窄隔离窗口进行深度、无偏发现，识别出了近6,000种蛋白质来自脑脊液中小型外泌体，前所未有的覆盖水平。这种可检测蛋白质组深度的扩展，是寻找能够区分ALS与类似神经疾病的可靠生物标志物的重要一步。

尽管最先进的发现流程实现了前所未有的深度，但在该平台上确认已识别目标仍然具有挑战。这正是Stellar发挥作用的地方。通过极高灵敏度、高度多重化的靶向检测能力、快速液相梯度以及MS³增强选择性，研究人员能够充分利用即使最具挑战性的候选生物标志物。

结论

在Stellar上引入MS³工作流程，标志着靶向蛋白质组学的关键进化。如Vanderboom博士的研究所示，在保持极高灵敏度的同时提升选择性，不仅提升了数据质量——它开启了新的分析领域，对于早期检测至关重要的疾病而言尤为如此。通过结合稳健的外泌体分离技术与先进MS³方法，研究人员现已能够以前所未有的清晰度揭示神经退行性疾病的分子特征。

观看完整研讨会录像：神经退行性疾病外泌体生物标志物