以下文章來源于質譜成像先鋒隊
人的指紋中含有豐富的和代謝物及外源性物質有關的化學信息，包括藥物、化妝品、濫用藥物和爆炸物，磁共振質譜將幫助我們建立指紋特征和分子信息的聯(lián)系。
通過磁共振質譜（MRMS）解析了指紋中極其復雜的分子組成，得到的數(shù)據可用于識別個體性別和年齡范圍。更有意義的是發(fā)現(xiàn)了區(qū)分差異的特異代謝產物，從而建立了代謝組與性別和年齡關系的生化基礎。
指紋對每個人來說都是獨一無二的，由復雜的指紋紋理構成，在法醫(yī)學中個體識別至關重要[1]。微觀圖像方法基于表皮指紋模式并與 AFIS（自動指紋識別系統(tǒng)）數(shù)據庫或者與嫌疑人的指紋直接比較。然而，在沒有可以識別的指紋痕跡情況下，對其化學成分的解析可以發(fā)現(xiàn)個體的性別和年齡范圍，以及其他具有法醫(yī)價值的信息。事實上，指紋含有內源性代謝物和外源物質如藥物、藥物、個人護理產品和食品添加劑等成分。由于肉眼看不到潛在的指紋，因此必須使用專門的試劑來顯示，而這可能會干擾后續(xù)的成分分析[2]。為了解顯示試劑對組成檢測的干擾，我們使用了速溶指紋粉末來發(fā)現(xiàn)在無孔和半多孔表面上的潛在指紋。
考慮到人類指紋化學成分的高度復雜性以及顯示粉末的可能干擾，使用 MRMS 超高分辨率質譜是最適合的分析方法。MRMS 超高質量分辨率非靶向代謝組學可鑒定數(shù)百種代謝產物，即使存在速溶顯示試劑。使用 MRMS 分析指紋，揭示了化學成分以及與性別和年齡范圍相關的隱藏信息。
這項研究獲得了葡萄牙里斯本大學科學院倫理委員會的許可，采集了來自 20 至 55 歲的男性和女性志愿者的指紋。
實驗方法首先從人類指紋中提取代謝產物。志愿者清潔手指，并將指紋沉積在干凈的載玻片中，在沉積后 60 分鐘收集指紋。為了顯示指紋，在指紋上涂抹速溶指紋顯示粉末。用甲醇/水溶劑從顯示和未顯示指紋中收集指紋殘留物。加 1:1 甲醇/水溶液于指印區(qū)域，洗滌樣品數(shù)次并回收在干凈試管中。向樣品管中加入甲醇/水，離心吸取上清液進行分析。每個受試者收集三份樣品并用 MRMS 分析。每個樣品用甲醇/水稀釋 10 倍，并添加人亮氨酸腦啡肽作為內標。
指紋提取樣品在布魯克 7T solariX XR MRMS 采用直接進樣和電噴霧正模式（ESI+）分析。在質量范圍 100-1500 和分辨率 680000（m/z 200）采集數(shù)據，得到整個質量范圍每個化合物的精細同位素峰。采集高分辨數(shù)據時使用亮氨酸腦啡肽標品和樣品中存在的高含量分子進行內標校正。
數(shù)據分析使用布魯克 MetaboScape® 5.0 代謝組學軟件和 T-ReX® 2D 算法，得到所有樣品的質量峰列表，峰強度用亮氨酸腦啡肽歸一化。SmartFormula 給出每個質量的分子式，使用人類代謝組數(shù)據庫 HMDB[3] 對代謝物進行標注。共獲得 4050 個分子特征，其中 465 個通過 HMDB 數(shù)據庫檢索 得到鑒定，3479 個通過 SmartFormula 給出了公式。
MetaboScape® 5.0 對數(shù)據作了進一步的多變量統(tǒng)計處理，進行了主成分分析（PCA）和偏最小二乘分層聚類（PLS-DA）判別分析，以確定能更好地區(qū)分男性和女性個體的化合物。PLS-DA 計算給出了預計的可變影響因子（VIP）和 區(qū)分男女個體最特異的代謝物。
MRMS 對指紋提取物的非靶向代謝組學分析和統(tǒng)計學分析，在 PCA 評分圖中觀察到男性和女性個體以及兩個定義的年齡組之間的明顯分離，而同一樣本的重復基本一致（圖2A）。分層聚類進一步證實了這種分離和數(shù)據的高重現(xiàn)性（圖2B）。分離趨勢表明了人類指紋 MRMS 譜的多變量統(tǒng)計分析可以有效的區(qū)分性別和年齡組。
用速溶指紋試劑的顯示和未顯示的樣品之間沒有觀察到差異（圖2B，C），表明顯示劑不會干擾指紋恢復和 MRMS 的化學成分鑒定。
為了確定區(qū)分性別和年齡貢獻最大的代謝產物，將 PLS-DA 模型對 MS 強度擬合，建立了一個組分系統(tǒng)，最大化男性/女性和 20-3/45-55 歲組間的協(xié)方差。
圖2: 指紋樣本代謝組學數(shù)據多變量統(tǒng)計分析：A. 前三個主要成分的PCA分析（藍色，男性樣本；粉色，女性樣本）；B. 分層聚類分析（藍色，男性捐贈者；粉色，女性捐贈者；V，志愿者；NR，未披露；R，披露）；C. PCA分析使用前兩個主成分（藍色，男性供體；粉色，女性供體；三角形為未顯像指紋；開放圓圈為顯像指紋）；D. PLS-DA模型計算區(qū)分性別的變量重要性（VIP）；E. PLS-DA模型計算區(qū)分年齡的變量重要性（VIP）
鞘脂十六碳鞘氨醇（C16H35NO2，m/z 273.267312）顯示出最高的 VIP 評分（圖2D，E），對性別和年齡區(qū)分貢獻最大。另一種有最大貢獻的成分是植物鞘脂（C18H39NO3，m/z 318.30027），計算和 HMDB 檢索給出了分子式和鑒定（圖2D，E）。MRMS 的超高分辨率、質量精度和動態(tài)范圍，可以識別十六烷鞘氨醇和植物鞘氨醇同位素分子，給出明確的分子式（圖 3C、D、E 和圖 4C、D、E）。兩種鞘氨醇的分子式還通過其同位素精細結構得到證實（圖 3D 和圖 4D）。
女性的差異更明顯（圖 3B 和圖 4B ），在女性指紋（圖 3A 和圖 4A）和同性年輕人中檢測到高濃度的十六烷鞘氨醇和植物鞘氨醇。十六烷鞘氨醇是鞘磷脂（神經酰胺磷膽堿）的一種成分，存在于人體表皮。植物鞘氨醇，也存在于神經酰胺中，刺激人類角質細胞的分化[4]，促進人體皮膚屏障中的水分[5]，對防止脫水以及微生物和過敏原侵入至關重要[6]。
用超高分辨率磁共振質譜法對人類指紋進行非靶向代謝組學表征，可以準確區(qū)分個體的性別和年齡。鞘磷脂在區(qū)分性別和年齡中起著核心作用。白色指紋顯示試劑不會干擾皮膚表面殘留物分析，指紋顯示和未顯示樣品的化學成分非常相似。MRMS 人類指紋代謝組分析可以為法醫(yī)學提供重要貢獻。
參考資料
[1] van Helmond W, van Herwijnen A, van Riemsdijk J, Bochove M, Poot C, Puit M, 2019. Chemical profiling of fingerprints using mass spectrometry. Forensic Chemistry 16:100183.
[2] Friesen JB, 2015. Forensic Chemistry: The Revelation of Latent Fingerprints. Journal of Chemical Education 92(3):497-504.
[3] Wishart DS, Tzur D, Knox C, Eisner R, Guo AC, Young N, Cheng D, Jewell K, Arndt D, Sawhney S, Fung C, Nikolai L, Lewis M, Coutouly MA, Forsythe I, Tang P, Shrivastava S, Jeroncic K, Stothard P, Amegbey G, Block D, Hau DD, Wagner J, Miniaci J, Clements M, Gebremedhin M, Guo N, Zhang Y, Duggan GE, Macinnis GD, Weljie AM, Dowlatabadi R, Bamforth F, Clive D, Greiner R, Li L, Marrie T, Sykes BD, Vogel HJ, Querengesser L, 2007. HMDB: the Human Metabolome Database. Nucleic Acids Research 35(Database issue), D521-D526.
[4] Kim S, Hong I, Hwang JS, Choi JK, Rho HS, Kim DH, Chang I, Lee SH, Lee MO, Hwang JS, 2006. Phytosphingosine stimulates the differentiation of human keratinocytes and inhibits TPA-induced inflammatory epidermal hyperplasia in hairless mouse skin. Molecular Medicine 12(1-3):17-24.
[5] Choi HK, Cho YH, Lee EO, Kim JW, Park CS, 2017. Phytosphingosine enhances moisture level in human skin barrier through stimulation of the filaggrin biosynthesis and degradation leading to NMF formation. Archives of Dermatological Research 309(10):795-803.
[6] Cha HJ, He C, Zhao H, Dong Y, An I, An S, 2016. Intercellular and intracellular functions of ceramides and their metabolites in skin (Review). International Journal of Molecular Medicine 38:16-22.