質譜技術是19世紀末發現的一項劃時代技術，它通過測定物質的分子量而為探索物質的結構提供了豐富的信息。而將分離技術與質譜技術結合則是分離科學的一項突破性進步。比如采用質譜法作為氣相色譜(GC)的檢測器早已成為一項標準化的GC技術，但由于GC-MS不能分離不穩定和不揮發的物質，所以又逐漸發展出了液相色譜(LC)與質譜連用的技術。到現在，無論是GC-MS，CE-MS(毛細管電泳)，還是LC-MS都已經成為了分析化學領域的常規技術。　　　　與傳統的分析化學領域不同，能夠應用于臨床檢測領域的技術不僅要能夠滿足對物質檢測特異性的要求，還要能夠滿足臨床檢驗對于準確性、重復性和線性度等要求。因此，任何一項能夠被國家監管機構批準的臨床檢測，都不僅僅是一項技術的革新，而更是一整套具有完備技術說明、工作流程和數據規范的工作系統。　　　　在我國，截止到2016年4月30日，CFDA總共批準了與質譜技術相關的進口器械12項，國產器械8項。這一數量與諸如生化、免疫、化學發光等技術的大量批件相比實在比例甚微，說明在這一方面在未來會有非常大的增長空間。　　　　在目前獲批的質譜技術相關批件中，主要分為兩大類。一類是針對于小分子代謝物的檢測，比如應用于新生兒代謝病篩查的丙氨酸、甘氨酸、25-羥基維生素D，以及同型半胱氨酸等的LC-MS、LC-MS/MS方法;另一類是采用MALDI-TOF(基質輔助激光解吸電離-飛行時間)質譜技術對于大分子(蛋白質)進行檢測的質譜技術，這一技術目前主要應用于對微生物的鑒定。　　　　隨著技術的不斷發展，不僅僅是針對于基因水平的研究越來越深入，針對于蛋白的研究也正在不斷的與臨床檢測具有越來越多的結合。除了現有的ELISA，免疫和化學發光技術，基于質譜的技術在不久的將來一定會在蛋白質、蛋白組學、代謝組學領域成為對蛋白進行定量和監測的最重要技術，而將其應用于臨床檢測領域也將是下一個十年的檢驗領域的大事件。為此，美國FDA于5月初舉辦了一次大型的政府-高校-廠家的多方會談，旨在從監管-學術-生產等多個角度對LC-MS技術在臨床應用中的現狀、可能碰到的問題以及如何對其進行監管等進行了深入討論。下文將對此會議內容進行簡述，為國內相關研究機構、生產企業以及政府監管機構提供最新進展。　　　　即使在美國，LC-MS在臨床檢測中的應用也僅處于起始階段。根據華盛頓大學教授Andy Hoofnagle提供的數據，在全美7700家獲得CAP認證的實驗室中，采用LC-MS技術的實驗室大約只有不超過200家，比例不超過總實驗室數量的2.6%。具體開展項目可參見下表1。　　

表1  采用LC-MS技術進行檢測的CAP實驗室數量一覽表　　　　隨著技術的不斷進步，目前美國能夠采用LC-MS進行檢測的蛋白/多肽臨床項目有14項，如下表2所示。　　

 表2  美國采用LC-MS技術進行檢測的蛋白/多肽項目一覽表　　　　LC-MS技術是否能夠與其他技術一樣，在臨床應用中得到認可，我們可以從某一項具體的檢測項目中稍作了解。以25-羥基維生素D為例，可進行此項檢測的方法和儀器都有很多種，所以可以從CAP的能力驗證測試結果對LC-MS的檢測能力進行了解，如下表3所示。　　

表3  25-羥基維生素D檢測能力驗證結果　　　　從以上結果可以看出，LC-MS技術可以滿足能力驗證的要求，是可以應用于臨床檢驗領域的。　　　　作為全球最先進的藥物監管單位，FDA在此次會談中也派出了多名官員，從產品分類、注冊流程、技術參數等方面對LC-MS的臨床注冊工作進行了詳細的介紹。　　　　在美國，早在1976年的醫療器械修正案就要求所有醫療器械必須合法進入市場，因此1976年之后的所有醫療器械必須全部經過FDA審批，才能進入市場。　　　　至于大家最耳熟能詳的體外診斷試劑相關產品(In Vitro Diagnostics，IVD)，根據美國聯邦法規21 CFR 809.3條款，可理解為是醫療器械的一個亞類，其是旨在用于診斷疾病或其他不適的試劑，儀器和系統，包括對于健康狀態的判讀，從而用來治愈、緩解、治療或預防疾病或其后遺癥。FDA根據風險，將醫療器械分為三類，第一類為低風險，一般性控制就可以;第二類為中度風險，一般性控制通常還不足夠，往往需要進行特殊控制;第三類為高風險，可對患者或使用者造成過度的傷害或疾病風險，以及對生命維持系統和人類健康造成重大損傷。目前要通過FDA批準才能進入市場主要有三種方式，第一種是上市前通告，也就是常說的510(k)，另一種是重新審批De novo，還有一種是上市前申請PMA(Pre-Market Application)。　　　　510(k)包括部分I類產品(絕大多數還可以豁免)以及大部分的II類產品(極少數能豁免)，FDA根據其是否與之前的上市產品具有“實質性等同”來進行許可，目前，進行此類申請需要先找到一個與申請標的類似的產品(包括計算參數)并有類似的預期使用范圍(即，前置產品Predicate)。FDA需要90天來給出答復。最終的決定書概要會公布在上。　　　　De novo類別是針對目前市場上還沒有前置產品的低風險到中等風險設備。根據具體情況進行I類或II類的劃分，需要120天給出答復，De novo產品會成為以后具有相同預期用途產品類型的前置產品。　　　　PMA類別是針對于III類產品的，其不需要前置產品，需要證明其安全性和有效性，可以要求在進行批準前征求顧問委員會的決定，其安全性和有效性數據(SSED)會在上公開，需要180天給出答復。　　　　從FDA的角度出發，其職能在于要確保醫療器械、包括IVD產品，能夠合理地安全且有效地實現其預期使用目的。所以，對其進行分析性驗證是實現注冊審批的第一步。具體到LC-MS相關設備及IVD產品時，則主要包括以下關鍵內容：(1)需要明確闡述何種被檢物是通過IVD進行度量或檢測的，(2)需要進行IVD檢測的樣品或樣本類型，(3)所申報IVD產品的底層技術，(4)所實施檢測的類型(定量檢測、定型檢測、半定量檢測等)，(5)適用于所申報測試的患者人群，(6)檢測結果的臨床目的，包括所提供設備能夠檢測的疾病/不適(比如，可輔助于(某種疾病/不適)的診斷)，(7)所實施檢測的參數設置，以及(8)最有可能獲得檢測結果的參數設置。　　　　分管醫療器械審批的具體部門CDRH(Center for Devices and Radiological Health)，及其下屬分支中最重要的兩個辦公室ODE(Office of Device Evaluation)和OIR(Office of In Vitro Diagnostics and Radiological Health)在本次會談中特別指出，建議各申報單位在進行涉及基于蛋白和多肽的LC-MS相關產品申報之前，最好先提交一份預申報申請，從而能夠與FDA進行關于充分交流，以免在開始審批程序之后再對相關申報方案進行修改。這些建議的具體內容，包括，但不限于：　　　　1.準確度和重復性　　　　就LC-MS相關產品而言，因為其涉及的工作流程通常比較復雜，所以必須特別加以重視。需要考慮到的步驟包括了從樣品收集直到最終的數據輸出和分析，以及其中的某些特殊環節。　　　　考慮到質譜技術可以一次對多種物質進行檢測，因此，從一次質譜測量得到的針對于多個被檢物的分析結果，可以被用作多重分析或可將其組合成為一個可接受的結果。但是，如果是多重分析，則要求所有被檢物都需要在一個測試中被全部檢測出來，而且每一種被檢物都要被單獨進行評價和報告。例如，來自于患者樣本中的一種或多種蛋白，即若干的不同被檢物，可作為單獨因素合并于某一算法中，從而提供一個最終的、可接受的結果，例如預測某種疾病風險的分數。而FDA通常會需要申請人提供證據，說明每一種被檢物對于最終分數的貢獻，以及每一種組分在各種濃度組合中對于最終分數的貢獻。　　　　2.線形度和回收率　　　　對于測量多種被檢物LC-MS相關產品而言，無論是單獨(通過多種不同的樣板，每次測量一個)或者組合(以IVDMIA方式)進行測量，申請人都需要對每一種被檢物(獨立于其它被檢物)進行線形度和回收率的評估。　　　　3.樣本的結轉　　　　根據某項分析的工作流程不同，有可能存在前序樣本中含有新的樣本，而對申請人而言，則需要對所述工作流程中有可能產生結轉的每一步驟都進行鑒定和評價。在FDA之前的受理過程中，的確接到過這樣的結轉研究，即在包括所述設備的一系列全部工作流程中，在陰性或弱陽性樣本中出現了強陽性的情況。　　　　4.檢測限/分析靈敏度：空白限、檢測限和定量限　　　　LC-MS相關產品依賴于質譜儀對于峰值的檢測與定量，或液相色譜中隨洗脫時間對離子流的測量。這兩種測量都離不開對高于系統中化學與電子噪聲的峰的檢測。在實際情況中，由于缺乏可靠的空白樣本，以及LC-MS技術的較低背景噪聲，要想確定空白限(LoB，limit of blank)往往是很難實現的;然而，如果某些臨床檢測的判定點接近于一起的靈敏度極限時，LoB就顯得至關重要了。LC-MS產品的檢測限(LoD，limit of detection)是采用信噪比的低值計算出來的。在不同的設備中，信噪比往往是不一樣的。　　　　5.分析特異性與干擾　　　　對LC-MS產品而言，主要有兩類干擾物會影響對被檢物的測量與定量。一類是存在于樣本中的同重離子或近同重離子(isobaric or near isobaric ions)，此類離子能夠在質譜儀中被同時檢測到，從　　　　而對正確離子的檢測和定量造成干擾。因此有必要對這些干擾物的存在與否進行評估，從而闡明是否這些干擾物的存在會影響到所述設備的安全性和有效性，還需要考慮到在標準操作條件下質譜儀的分子量分辨率。　　　　6.樣品制備　　　　對于LC-MS相關設備而言，其樣品制備、尤其是涉及到蛋白和多肽的樣品制備是非常復雜的，也是在相關分析檢測中產生不精確和不可重復性的主要原因。因此，對操作人員、儀器、地點等各種變量進行控制的能力，都會對LC-MS產品的安全性和有效性提出挑戰。　　　　7.內標　　　　對那些需要進行大量樣品制備的LC-MS相關產品而言，內標的加入可以在整個工作流程中對不同步驟進行監控，從而了解被檢物的鑒定和定量信息。一般而言，內標的加入時間在整個分析流程中越早越好。內標的加入還可以實現在不同樣本、校準品和對照品中對被檢物值進行規范化。　　　　8.校準品和對照品　　　　校準品是用來將設備的原始輸出值轉化成被檢物濃度的參考，這樣的濃度可用于形成具有臨床判斷價值的數據。除了已知濃度的被檢物之外，對照品通常需要含有固定數量的內標，從而能夠在校準品和患者樣本之間提供相對定量。在本文中，對照品是指對整個體系表現進行驗證的材料，即陽性對照和陰性對照。這樣的對照品并非是用于LC-MS相關產品流程控制中的標準品或內標。　　　　9.對比方法　　　　通常，FDA都會以WHO和/或NIBSC的方法作為某一具體被檢物的“金標準”。標準參考方法也通常是指為了獲知目標條件有無二采用的最易獲得的方法。很多時候，在針對同一種被檢物的時候，可以有很多種不同的檢測方法，當某一方法具有與提交申請具有相同的預期使用目的時，通常被稱為前置方法(Predicate)。考慮到LC-MS設備的輸出結果與大多數儀器，例如免疫分析的輸出結果不同，因此要想直接對兩種儀器進行比較是很困難的。要解決這一難題，且目前還沒有金標準或者參考方法的情況下，FDA也可以考慮接受經由與臨床“真實”(即，根據目前的各項標準，對某一患者狀態的臨床全面評估)的儀器性能進行過對比和證實的申請。　　　　10.蛋白/多肽的選擇　　　　除了少數不需要經過蛋白裂解就能夠被輕易檢測到的小分子生物活性多肽之外，絕大多數的多肽都是作為完整蛋白的代表。申請人可自行選擇最適合于其申報檢測項目的多肽，當然這些多肽的生物物理性質會影響其檢測項目的表現，包括體內或在工作流程中對于翻譯后修飾的敏感性，胰酶水解的速率和效率，多肽在樣本和工作流程中的穩定性等等。　　　　11.峰選擇　　　　峰的選擇與評價對LC-MS產品的表現而言至關重要。影響液相色譜洗脫峰分辨率和重復性的因素包括色譜柱的選擇，緩沖液，流速和溫度等等。FDA之前就曾要求過申請人提交相關數據，證明在臨床實驗室可能碰到的各種操作條件下，色譜峰的分辨率和重復性可以滿足審批要求。即使目前缺乏某些內標，FDA也可要求申請人提供數據，確保正確的峰和離子可以被檢測和定量。　　　　對挑選色譜峰的軟件進行選擇和評價也十分關鍵，尤其是在那些被檢物接近于最低定量限的樣本中，申請人需要對選峰軟件的準確性和重復性進行評估，并理解其重要性。　　　　12.核心IVD組件　　　　對LC-MS相關的產品而言，有很多耗材和組件都是必須的，例如色譜柱，胰酶的來源和類型，免疫親和抗體，免疫耗竭柱等。根據FDA之前的經驗，對核心組件中的任意一種進行更換，都會導致分析過程中某種成分的改變，甚至需要對整個分析過程進行重新驗證。　　　　申報文件需要參考的相關標準文件如下表4所示。　　

表4 FDA申報過程中的CLIA和CLSI指導性文件一覽表　　　　來自美國國家標準與技術研究院(NIST)的Mark Lowerthal也就在臨床質譜實驗室中實施標準化等內容進行了討論。主要涉及三個核心問題，第一是需要建立一個參考檢測體系，第二是需要使用科學的標準體系，第三是需要建立可追溯的數據鏈，如下圖1所示。　　

圖1. 從標準物質到臨床實驗室檢測的可追溯數據鏈　　　　Mark博士也就蛋白/多肽標準品的制備與分析提供了很多有價值的參考數據，比如最適合于作為氨基酸分析標準品的氨基酸可選自，但不限于，丙氨酸、精氨酸、甘氨酸、組氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、酪氨酸和纈氨酸等，以及如何采用LC-UV，即NMR方法進行純度分析。　　　　利用LC-MS技術對蛋白/多肽進行檢測，最大的難題是來自于對樣本的預處理，即對蛋白/多肽進行消化、分離和提取的步驟。來自美國實驗室集團(LabCorp)的Christopher Shuford博士通過計算機分析與計算，提出了根據對蛋白序列進行N-連接糖基化、O-連接糖基化、碘化、甲硫氨酸、半胱氨酸位點分析等方法，進而能夠在胰酶水解之前對目的蛋白進行更加詳細的分析，從而有針對性地進行目的蛋白的富集，進而提高最后的質譜檢測靈敏度與特異性。　　　　無論是在LC層析的過程，還是MS檢測過程中，每一個峰的產生都是根據檢測器對光電信號的響應而得到的，而當樣本中的物質較多時，相鄰的峰往往會出現疊加或者干擾的情況，這一直都是儀器分析中的難題。來自Indigo BioAutomation的科學家特別就這一問題提供了最新的專業建議。該公司在過去幾年中，已經處理了超過10億張色譜圖，針對于LC-MS在臨床中的應用，該公司建議首先要避免對原始數據進行修飾，從而能夠降低驗證的風險，即提供穩定的基線以及采集完整的峰;其次要避免對數據進行調整，從而能進行校正，即能夠對某個模型進行驗證，并可在有效線性范圍之外進行稀釋;第三對校正過程進行設計，從而獲得最好的統計學效果，即如果所得曲線是線性的，則可采用隨機的、可重復的水平來測量變異，并據此來表征儀器的狀態，或者使用間隔的區間來測量非線性的情況。　　　　質譜技術是目前比較先進的測量技術，能夠提供相關儀器的廠家主要有賽默飛世爾(Thermofisher)、安捷倫(Agilent)、沃特世(Waters)、布魯克(Brucker)、愛博才思(Sciex)和島津(Shimadzu)公司。但每家制造商對于其設備都有不同的設計，這樣就導致在信號采集，數據格式、結果評估等各個環節都不盡相同，很難將其進行比較，更不用說能夠進行標準化操作。為了解決這一難題，華盛頓大學的Jarrett Egertson教授帶領其團隊與上述六家公司進行了長期的溝通、談判，最終與所有公司都達成了共識，并在NIH的資助下，經過8年時間，開發出了世界上唯一一款能夠將各種不同質譜數據進行比對的軟件-skyline，使得不同類型質譜之間的數據可以相互比對和驗證，大大方便了LC-MS的使用者。該軟件現在已包括了400,000開發源代碼的峰，還有60,000峰在檢測過程中，全球已有超過7000個注冊用戶。　　　　當然，我們也知道在LC-MS的臨床應用過程中，也存在許多亟待解決的問題，比如，樣本中的內源和外源干擾物。除了諸如血紅蛋白的內源干擾物，來自于患者服用的藥物，采血管內的化學成分，以及從干血片上洗脫下來的物質等外源干擾物也都能產生峰，從而在分析和解讀過程中對目標被檢物峰造成干擾。此外，還有一些其他的干擾因素，比如自然界中的同位素，C-13( 1 Da)，Cl-37( 2 Da)，在實際工作中是不容易區別開的;有些同(等)重分子，C19H28O2(m/z=288.21)和C18H24O3(m/z=288.17)，大多數四級桿質譜儀也不能對他們進行區分;還有一些多電荷的狀態，如CHARGESTATE 3(m/z=387.84)和PEPTIDC 2(m/z=387.67)等，也很難通過常規的LC-MS方法得以有效區分。　　　　而且，相對于現在自動化程度較高的生化、免疫和化學發光等方法，LC-MS技術在很大程度上對操作人員能力的要求也比較高，因此在我國的開展還需要循序漸進。　　　　但從技術的進步來看，質譜技術的優勢就在于能夠準確的對蛋白/多肽進行檢測和定量，而蛋白/多肽相關生物標志物必將成為未來的臨床檢測新增長點，所以LC-MS技術將會很快得到長足的發展，我們也將對這一領域進行持續關注。　　　　編輯點評　　　　近年來，隨著質譜技術的發展及普及，其在臨床診斷中的應用也越來越多。但同國外相比，中國在此方面發展較晚。國家食品藥品監督管理總局(CFDA)最早批準質譜技術應用于臨床是在2008年。截至目前，CFDA批準的可應用于臨床的質譜技術和方法共17個，其中進口廠商申報的9個，國產廠商申報的8個。以下為17個獲得CFDA批準應用于臨床的質譜技術和方法詳細情況。