脂质是有机体的基本组成物质之一,是一类结构和功能性分子,其在化学结构、内源性丰度和理化性质方面具有多样性,在多种生理和病理过程中发挥着重要的功能。脂质组学作为代谢组学的一个重要分支,其研究对象是内源性脂质化合物。近十年来,色谱、质谱、核磁等仪器分析技术的飞速进步,极大推动了脂质组学的发展。其中质谱分析技术更是成为了脂质组学研究中最重要和最常规的技术手段,满足了甘油酯、磷脂、鞘脂和神经酰胺等大部分内源性脂质化合物的定性和定量分析。然而对于内源性低丰度、难电离的脂质分子,如脂肪酸、类二十烷酸、脂肪醛、酸性鞘糖脂和脂肪酸酯来说,色谱分离效率、基质效应和灵敏度依然是这些脂质化合物分析过程中亟需解决的瓶颈问题。探索具有高分离效率和高灵敏度的色谱质谱联用技术,对于内源性低丰度、难测定脂质化合物的准确定性定量分析至关重要。本论文针对这些内源性低丰度、难测定脂质化合物,基于各类化合物的物理化学性质,解决了其分析过程中存在瓶颈问题,分别建立了用于脂肪酸、类二十烷酸、脂肪醛、酸性鞘糖脂和脂肪酸酯的全面识别和定量分析的色谱质谱联用新分析方法和策略。脂肪酸在机体中具有非常重要的生理学功能,可以通过β氧化为生命体供能,作为信号分子,参与调节相关的生命过程,与肿瘤、代谢性疾病和心血管系统疾病等的发生发展密切相关。内源性脂肪酸的高效快速分析检测对于其生物学功能的阐明、相关疾病发病机制的研究和早期诊断生物标志物的发现至关重要。高效液相色谱-串联质谱联用技术(high performance liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry,HPLC-MS/MS)是脂肪酸分析的理想技术,但是由于脂肪酸离子化效率低,使得其质谱检测灵敏度不佳;加之复杂的生物基质的干扰,无法满足内源性低丰度脂肪酸的定量分析。本论文基于新型高效的衍生化试剂2,4-二(乙氨基)-6-肼基-1,3,5-三嗪(T3)和T3的20氘代同位素d20-2,4-二乙氨基-6-肼基-1,3,5-三嗪(D3)开发了用于脂肪酸衍生化分析的HPLC-MS/MS同位素内标稀释法,有效克服基质效应的干扰,脂肪酸的质谱检测灵敏度提升了 1000倍,检测限达到lOfg,液体生物样品只需10μl。由于T3的强亲核性,衍生化反应可以在温和的条件下快速达到反应终点,37℃反应60min即可以完成脂肪酸的衍生化,有效避免了脂肪酸的高温氧化。同时,由于脂肪酸衍生化后结构的相似性,多反应监测(multiple reaction monitoring,MRM)模式分析时,在相同的碰撞能量下,均得到了一致的最强产物离子m/z 254,所有脂肪酸的检测MRM产物离子均设为m/z 254,大大简化了质谱参数优化的过程。通用的MRM产物离子和碰撞能量设置,能够对脂肪酸进行全面分析,摆脱了对标准品的依赖。本研究还利用T3和D3衍生化脂肪酸保留时间规律以及质谱特征的依数性关系,构建了全面定性识别生物样品中脂肪酸的分析策略。最后使用该HPLC-MS/MS法,研究了大鼠衰老过程中,脂肪酸轮廓变化,发现了与衰老有关的显著变化的脂肪酸类化合物,值得深入研究。类二十烷酸是多不饱和脂肪酸的氧化产物,主要由花生四烯酸、二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸等多不饱和脂肪酸在环氧合酶、脂氧合酶和CYP450酶的作用下转化而来。根据化学结构的差异,类二十烷酸主要可以分为羟基和环氧化多不饱和脂肪酸、前列腺素类、凝血戊烷类和白三烯类。类二十烷酸作为一类重要的脂质信号分子,参与到机体炎症反应和免疫调节。由于类二十烷酸化学结构的相似性、低离子化效率等性质,检测灵敏度、选择性和色谱分离效率差是这类化合物分析检测的难点。本论文基于衍生化试剂T3,建立了高灵敏度和高特异性类二十烷酸衍生化的超高效液相色谱-串联质谱联用(ultra high performance liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry,UHPLC-MS/MS)分析策略。参考脂肪酸衍生化方法,通过优化衍生化反应缩合剂、衍生化温度和衍生化时间,得到了更加温和和高效的衍生化条件,T3的肼基和类二十烷酸的羧基在4℃条件下反应30min,得到酰胺类的衍生化产物,衍生化效率高达99%以上。温和、高效的衍生化条件有效减低了类二十烷酸在衍生化过程中发生降解的可能性。经过T3衍生化标记的类二十烷酸,其质谱检测灵敏度得到了 10-5000倍的提升,且峰形良好,类二十烷酸同分异构体可以在19分钟内得到良好的分离和定量测定,其稳定性也得到了明显的改善。使用所建立的类二十烷酸衍生化分析的UHPLC-MS/MS策略,研究了大鼠急性心肌缺血病理状况下血浆和心肌组织中类二十烷酸的含量变化,通过统计分析手段,探究了在急性心肌缺血发生过程中,大鼠血浆和心肌组织中类二十烷酸代谢网络的扰动。脂肪醛是一类含有脂肪链的醛类化合物,由脂肪酸、鞘脂、缩醛磷脂和异戊二烯醇通过α-或ω-氧化生成。目前已经有大量的研究结果表明该类物质在神经退行性疾病的病理进程中扮演着重要的角色。建立高效、灵敏和快速的脂肪醛分析方法,全面检测机体循环系统和脑组织中的脂肪醛类化合物,对于阐明神经系统疾病的发病机理具有重要意义。本论文基于衍生化试剂T3和T3的20氘代同位素D3开发了用于脂肪醛衍生化分析的HPLC-MS/MS同位素内标稀释法,有效减低了基质效应的干扰。衍生化后脂肪醛的检测限低至O.1pg/ml,灵敏度显著高于此前的文献报道。T3的肼基与脂肪醛在37℃条件下反应15min,即可以得到苯腙结构的衍生化产物,衍生化反应效率高达98%以上。同时,由于脂肪醛衍生化后结构的相似性,进行MRM分析时,在相同的碰撞能量下,均得到了一致的特征产物离子m/z209,并且丰度最高,大大简化了 MRM质谱参数优化的过程。此外,基于同位素所致的保留时间漂移(isotope-induced retention time shifts,IRS)和碰撞诱导裂解产生的碎片离子的比例,建立了内源性脂肪醛全面表征的新策略。采用该方法研究了双侧颈总动脉结扎所致的脑缺血(bilateral common carotid artery,2-VO)模型大鼠血浆和脑组织中脂肪醛的轮廓和含量变化,在大鼠血浆和脑组织中共检测到80多种脂肪醛类化合物,通过多种统计方法发现了与脑缺血病理条件密切相关的内源性脂肪醛。酸性鞘糖脂(Acidic glycosphingolipids,AGSLs)属于鞘脂类,主要包括神经节苷脂和硫苷脂类化合物。神经节苷脂是由一分子的神经酰胺和一分子包含唾液酸的寡糖链连接组成。硫苷脂则是由一分子的硫酸基团和一分子半乳糖基神经酰胺连接组成,又称作3-O-硫酸基半乳糖神经酰胺。大量的研究报道证明了 AGSL与脑组织的发育、神经退行性疾病和脑缺血疾病等密切相关。由于AGSL结构的复杂性和对照品的缺乏,严重制约了 AGSL的全面识别和定量分析。本论文探索了基于超高效液相色谱-四级杆飞行时间质谱联用技术(ultra high performance liquid chromatograph coupled with quadrupole time-of-flight mass spectrometry,UHPLC-Q-TOF-MS),建立了生物样品中AGSL的全面分析和识别新策略。通过在流动相中添加甲酸,首次实现了反相色谱柱(C8和C18柱)上,具有不同糖链结构的神经节苷脂同分异构体的分离。同时,使用正离子的质谱扫描模式进行一级和二级高分辨质谱数据的采集,基于高分辨质谱数据可以同时鉴别AGSL的寡糖链和神经酰胺结构。此外,还发现AGSL在反相色谱柱上的保留时间与其神经酰胺碳原子数之间存在着良好的对数关系,基于此对数关系,建立了 AGSL的化合物库,库中包含598种AGSL类化合物的神经酰胺碳原子数、预测保留时间和准分子离子峰的m/z值,可以用于生物样品中AGSL的快速识别和准确鉴定。该分析策略具有良好的色谱分离效率和宽覆盖范围的AGSL化合物库,采用该分析策略,一共在大鼠脑组织中识别和鉴别到199种AGSL,化合物数量明显多于此前文献报道。通过多种统计方法,分析了大鼠在脑缺血病理条件下,脑组织中AGSL的变化特点。脂肪酸酯(fatty acid esters of hydroxyl fatty acid,FAHFA)是一类近年来发现的具有抗糖尿病和抗炎作用的脂质分子,是由羟基脂肪酸的羟基和脂肪酸的羧基通过酯键连接而成。机体内的浓度通常低于150pmol/g,远低于常见的甘油三酯、磷脂等脂质化合物体内丰度,而与类二十烷酸和甾体激素等内源性脂质信号分子的浓度水平相当。本论文探索开发了基于UHPLC-MS/MS的脂肪酸酯全面分析和识别新分析策略,通过对超高效液相分离条件的优化,脂肪酸酯能在29min内得到良好的分离,并且同分异构体的分离效果良好。通过解析UHPLC-Q-TOF-MS采集到的高分辨一级和二级质谱数据,全面识别生物样品中的脂肪酸酯,在金黄地鼠白色脂肪组织中鉴定得到64个脂肪酸酯化合物,分属于17大类,其中9个大类为本研究首次报道。首次发现并报道了亚油酸和亚麻酸可以作为脂肪酸酯的组成成分。将UHPLC-Q-TOF-MS中鉴别到的脂肪酸酯的母离子、特征子离子和碰撞能量等信息直接转换到UHPLC-QQQ-MS中,使用MRM的扫描模式对脂肪酸酯进行定量分析,在1-400ng/ml的动态范围内,定量分析方法具有良好的线性、准确度和精密度,保证了脂肪酸酯定量分析的准确性和可靠性。将所建立UHPLC-QQQ-MS方法应用于金黄地鼠对照组、高脂血症模型组和菲诺贝特治疗高脂血症组中四个不同部位的白色脂肪组织中脂肪酸酯的定量分析,探索了在高脂血症病理条件下和药物治疗后四个不同部位白色脂肪组织中脂肪酸酯轮廓,以及常规降脂药菲诺贝特对于白色脂肪组织中脂肪酸酯的调节作用。