- P-ISSN 1225-0163
- E-ISSN 2288-8985
신경전달물질(neurochemicals)은 인체 내의 항상성유지와 인지 및 행동기능에 관여하므로 수많은퇴행성신경질환 진단에 활용할 수 있어 생물학적 시료 내에서 신경화학물질을 프로파일링할 수 있는 분석플랫폼 개발에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히, 크로마토그래피 분리법과 결합된 질량분석법 기반의분석법은 대사경로 내의 신경전달물질을 프로파일링하는 데 널리 사용되어 오고 있다. 하지만 생물학적시료내 신경전달물질은 극미량으로 존재하며 화학적으로 불안정한 특징이 있어 정교한 시료전처리 과정과 고감도의 기기분석법의 개발이 수반되어야 한다. 따라서 본 총설 논문에서는 소변, 혈액, 뇌척수액과생체조직과 같은 다양한 생물학적 시료에서 신경전달물질에 대한 질량분석법 기반의 대사체학 접근법의분석 연구 경향에 대해서 논의할 예정이다. 이 논문은 향후 퇴행성신경질환의 진단, 예후예측과 치료를가능하게 하는 생체지표물질을 발굴을 위한 분석플랫폼 개발에 기여할 것으로 기대된다.
Because neurochemicals are related to homeostasis and cognitive and behavioral functions in human body and because they enable the diagnosis of numerous neurodegenerative disorders, there has been increasing interest in the development of analytical platforms for neurochemical profiling in biological samples. In particular, mass spectrometry (MS)-based analytical methods combined with chromatographic separation have been widely used to profile neurochemicals in metabolic pathways. However, development of delicate sample preparation procedures and highly sensitive instrumental detection is necessary considering the trace levels and chemical instabilities of neurochemicals in biological samples. Therefore, in this review, analytical trends in MS-based metabolomics approaches to neurochemicals in multiple biological samples, such as urine, blood, CSF, and biological tissues, are discussed. This paper is expected to contribute to the development of an analytical platform to discover biomarkers that will aid diagnosis, prognosis, and treatment of neurodegenerative disorders.
1. T. Opladen, E. Cortès-Saladelafont, M. Mastrangelo, G. Horvath, R. Pons, E. Lopez-Laso, J. A. Fernández-Ramos, T. Honzik, T. Pearson, J. Friedman, S. Scholl-Bürgi, T. Wassenberg, S. Jung-Klawitter, O. Kuseyri, K. Jeltsch, M. A. Kurian and À. Garcia-Cazorla, Mol. Genet. Metab. Reports, 9, 61-66 (2016).
2. T. Lapainis and J. V. Sweedler, J. Chromatogr. A, 1184, 144-158 (2008).
3. Oliver von Bohle und Halbach and Rolf Dermietzel, Wiley-VCH, Handbook of Receptors and Biological Effects, 2006.
4. R. Adolfsson, C. G. Gottfries, B. E. Roos and B. Winblad, Br. J. Psychiatry., 135, 216-223 (1979).
5. L. F. Nolden, T. Tartavoulle and D. J. Porche, J. Nurse Pract., 10, 500-506 (2014).
6. E. Sánchez-López, C. Montealegre, A. L. Crego and M. L. Marina, TrAC - Trends Anal. Chem., 67, 82-99 (2015).
7. L. H. Rodan, K. M. Gibson and P. L. Pearl, Pediatr. Neurol., 53, 277-286 (2015).
8. J. Soleymani, TrAC - Trends Anal. Chem., 72, 27-44(2015).
9. I. A. Veselova, E. A. Sergeeva, M. I. Makedonskaya, O. E. Eremina, S. N. Kalmykov and T. N. Shekhovtsova, J. Anal. Chem., 71, 1155-1168 (2016).
10. D. Kondziella, Neurochem. Res., 42, 1767-1771 (2017).
11. C. Marecos, J. Ng and M.A. Kurian, J. Inherit. Metab. Dis., 37, 619-626 (2014).
12. W. T. Kassahun, Vascular., 23, 297-304 (2015).
13. Y. Shen, J. Lu, Q. Tang, Q. Guan, Z. Sun, H. Li and L. Cheng, Rapid, J. Chromatogr. B, 1002, 92-97(2015).
14. R. NAE, R. MG and T. JM, JCAR., 33, 53-55 (1982).
15. T. E. Dicke, M. L. Henry and J. P. Minton, J. Surg. Oncol., 34, 160-164 (1987).
16. Z. Wang, Q. Liang, Y. Wang and G. Luo, J. Electroanal. Chem., 540, 129-134 (2003).
17. J.-M. Zen, I.-L. Chen and Y. Shih, Anal. Chim. Acta, 369, 103-108 (1998).
18. G. Curzon and A.R. Green, Br. J. Pharmacol., 37, 689-697 (1969).
19. W. Wesemann, C. Grote, H. Clement, F. Block and K. Sontag, Prog. Neuropsychopharmacol. Biol. Psychiatry., 17, 487-499 (1993).
20. M. Karobath, J.-L. Díaz and M. O. Huttunen, Eur. J. Pharmacol., 14, 393-396 (1971).
21. M. Karobath, Biochem. Pharmacol., 21, 1253-1263(1972).
22. M. Hasanzadeh, N. Shadjou and E. Omidinia, J. Neurosci. Methods, 219, 52-60 (2013).
23. K. ER, S. JH and J. TM, Principles of Neural Science, 2000.
24. R. Rodriguez-Diaz, R. Dando, M. C. Jacques-Silva, A. Fachado, J. Molina, M. H. Abdulreda, C. Ricordi, S. D. Roper, P.-O. Berggren and A. Caicedo, Nat. Med., 17, 888-892 (2011).
25. I. Wessler, C. J. Kirkpatrick and K. Racké, Pharmacol. Ther., 77, 59-79 (1998).
26. M. B. Bhuiyan, F. Murad and M. E. Fant, Cell Commun. Signal., 4, 1-7 (2006).
27. K. Ofek and H. Soreq, Chem. Biol. Interact., 203, 113-119 (2013).
28. S. Shenhar-Tsarfaty, S. Berliner, N. M. Bornstein and H. Soreq, J. Mol. Neurosci., 53, 298-305 (2014).
29. J. Bergquist, A. Sciubisz, A. Kaczor and J. Silberring, J. Neurosci. Methods, 113, 1-13 (2002).
30. M. A. Raggi, C. Sabbioni, G. Nicoletta, R. Mandrioli and G. Gerra, J. Sep. Sci., 26, 1141-1146 (2003).
31. M. Tsunoda, C. Aoyama, H. Nomura, T. Toyoda, N. Matsuki and T. Funatsu, J. Pharm. Biomed. Anal., 51, 712-715 (2010).
32. M.-J. Kim, B.-K. Kim, S. M. Kim, J.-S. Park and J. Hong, Anal. Sci. Technol., 24(5), 319-335 (2011).
33. I. Marín-Valencia, M. Serrano, A. Ormazabal, B. Pérez-Dueñas, A. García-Cazorla, J. Campistol and R. Artuch, Clin. Biochem., 41, 1306-1315 (2008).
34. M. Yoshitake, H. Nohta, H. Yoshida, T. Yoshitake, K. Todoroki and M. Yamaguchi, Anal. Chem., 78, 920-927 (2006).
35. M. A. Fotopoulou and P. C. Ioannou, Anal. Chim. Acta, 462, 179-185 (2002).
36. T. G. Rosano, T. A. Swift and L. W. Hayes, Clin. Chem., 37, 1854-1867 (1991).
37. J. Bicker, A. Fortuna, G. Alves and A. Falcão, Anal. Chim. Acta, 768, 12-34 (2013).
38. H. W. Nam, S.-J. Park, H. S. Pyo and K. J. Paeng, Anal. Sci. Technol., 16(5), 349-357 (2003).
39. P.-T. Linh, S.-C. Lee, Y.-H. Kim, S.-P. Hong, C.-W. Song and J.-S. Kang, Anal. Sci. Technol., 13(5), 630-635 (2000).
40. K. Vuorensola and H. Sirén, J. Chromatogr. A, 895, 317-327 (2000).
41. R. T. Peaston and C. Weinkove, Ann. Clin. Biochem., 41, 17-38 (2004).
42. K. Vuorensola, J. Kokkonen, H. Sirén and R. A. Ketola, Electrophoresis, 22, 4347-4354 (2001).
43. M. Coen, E. Holmes, J. C. Lindon and J. K. Nicholson, Chem. Res. Toxicol., 21, 9-27 (2008).
44. O. Beckonert, H. C. Keun, T. M. D. Ebbels, J. Bundy, E. Holmes, J. C. Lindon and J. K. Nicholson, Nat. Protoc., 2, 2692-2703 (2007).
45. T. M. Tsang, B. Woodman, G. A. Mcloughlin, J. L. Griffin, S. J. Tabrizi, G. P. Bates and E. Holmes, J. Proteome Res., 5, 483-492 (2006).
46. M. R. Viant, B. G. Lyeth, M. G. Miller and R. F. Berman, NMR Biomed., 18, 507-516 (2005).
47. E. Holmes, T. M. Tsang, J. T. J. Huang, F. M. Leweke, D. Koethe, C. W. Gerth, B. M. Nolden, S.Gross, D. Schreiber, J. K. Nicholson and S. Bahn, PLoS Med., 3, 1420-1428 (2006).
48. M. P. Quinones and R. Kaddurah-Daouk, Neurobiol. Dis., 35, 165-176 (2009).
49. K. Dettmer, P. A. Aronov and B. D. Hammock, Mass Spectrom. Rewiews, 26, 51-78 (2007).
50. M. E. Dumas and L. Davidovic, J. Neuroimmune Pharmacol., 10, 402-424 (2015).
51. J.-L. Wolfender, G. Marti, A. Thomas and S. Bertrand, J. Chromatogr. A, 1382, 136-164 (2015).
52. B. Peng, H. Li and X. X. Peng, Protein Cell, 6, 628-637 (2015).
53. M. J. Nunes de Paiva, H. C. Menezes and Z. de Lourdes Cardeal, Analyst, 139, 3683-3694 (2014).
54. C. Silva, C. Cavaco, R. Perestrelo, J. Pereira and J. S. Câmara, Metabolites, 4, 71-97 (2014).
55. H. Xing, K. Zhang, R. Zhang, Y. Zhang, L. Gu, H. Shi, K. Bi and X. Chen, J. Chromatogr. B, 988, 135-142 (2015).
56. L. Zhao, S. Zheng, G. Su, X. Lu, J. Yang, Z. Xiong and C. Wu, J. Chromatogr. B, 988, 59-65 (2015).
57. J. Marcos, N. Renau, O. Valverde, G. Aznar-Laín, I. Gracia-Rubio, M. Gonzalez-Sepulveda, L. A. Pérez-Jurado, R. Ventura, J. Segura and O. J. Pozo, J. Chromatogr. A, 1434, 91-101 (2016).
58. J.-M. T. Wong, P. A. Malec, O. S. Mabrouk, J. Ro, M. Dus and R. T. Kennedy, J. Chromatogr. A, 1446, 78-90 (2016).
59. J. Chen, W. Hou, B. Han, G. Liu, J. Gong, Y. Li, D. Zhong, Q. Liao and Z. Xie, Anal. Bioanal. Chem., 408, 2527-2542 (2016).
60. F. Gosetti, E. Mazzucco, M. C. Gennaro and E. Marengo, Anal. Bioanal. Chem., 405, 907-916 (2013).
61. K. Sadilkova, K. Dugaw, D. Benjamin and R. M. Jack, Clin. Chim. Acta, 424, 253-257 (2013).
62. P. Hušek, Z. Švagera, D. Hanzlíková, L. Øimnáèová, H. Zahradníèková, I. Opekarová and P. Šimek, J. Chromatogr. A, 1443, 211-232 (2016).
63. S. Tufi, M. Lamoree, J. de Boer and P. Leonards, J. Chromatogr. A, 1395, 79-87 (2015).
64. Y. He, X.-E. Zhao, S. Zhu, N. Wei, J. Sun, Y. Zhou, S. Liu, Z. Liu, G. Chen, Y. Suo and J. You, J. Chromatogr. A, 1458, 70-81 (2016).
65. L. Zheng, X.-E. Zhao, S. Zhu, Y. Tao, W. Ji, Y. Geng, X. Wang, G. Chen and J. You, J. Chromatogr. B, 1054, 64-72 (2017).
66. X.-E. Zhao, Y. He, M. Li, G. Chen, N. Wei, X. Wang, J. Sun, S. Zhu and J. You, J. Pharm. Biomed. Anal., 135, 186-198 (2017).
67. X. Yang, Y. Hu, G. Li, and Z. Zhang, J. Sep. Sci., 8, 1380-1387 (2015).
68. H. He, E. Carballo-Jane, X. Tong and L. H. Cohen, J. Chromatogr. B, 997, 154-161 (2015).
69. N. Tohmola, O. Itkonen, U. Turpeinen, S. Joenväärä, R. Renkonen and E. Hämäläinen, Clin. Chim. Acta, 446, 206-212 (2015).
70. X. Li, S. Li, P. Wynveen, K. Mork and G. Kellermann, Anal. Bioanal. Chem., 406, 7287-7297 (2014).
71. F. Schumacher, S. Chakraborty, B. Kleuser, E. Gulbins, T. Schwerdtle, M. Aschner and J. Bornhorst, Talanta, 144, 71-79 (2015).
72. L. Hao, X. Zhong, T. Greer, H. Ye and L. Li, Analyst, 140, 467-475 (2015).
73. W. Y. Hsu, C. M. Chen, F. J. Tsai and C. C. Lai, Clin. Chim. Acta, 420, 140-145 (2013).
74. N. H. Park, J. Y. Hong, H. J. Shin and J. Hong, J. Chromatogr. A, 1305, 234-243 (2013).
75. H. J. Shin, N. H. Park, W. Lee, M. H. Choi, B. C. Chung and J. Hong, J. Chromatogr. B, 1051, 97-107(2017).
76. H. Lu, J. Yu, J. Wang, L. Wu, H. Xiao and R. Gao, J. Pharm. Biomed. Anal., 122, 42-51 (2016).
77. H. I. Woo, J. S. Yang, H. J. Oh, Y. Y. Cho, J. H. Kim, H.-D. Park and S.-Y. Lee, Clin. Biochem., 49, 573-579(2016).
78. M. Monteleone, A. Naccarato, G. Sindona and A. Tagarelli, Anal. Chim. Acta, 759, 66-73 (2013).
79. D. S. Domingues, E. J. Crevelin, L. A. B. De Moraes, J. E. C. Hallak, J. A. De Souza Crippa and M. E. C. Queiroz, J. Sep. Sci., 38, 780-787 (2015).
80. Q. Liang, H. Liu, T. Zhang, Y. Jiang, H. Xing and A. Zhang, RSC Adv., 6, 3586-3591 (2016).
81. X.-J. Zhai, F. Chen, C. R. Zhu and Y.-N. Lu, Biomed. Chromatogr., 29, 1737-1743 (2015).
82. C. Lv, Q. Li, X. Liu, B. He, Z. Sui, H. Xu, Y. Yin, R. Liu and K. Bi, J. Mass Spectrom., 50, 354-363 (2015).
83. J. Bicker, A. Fortuna, G. Alves and A. Falcão, Anal.Chim. Acta, 768, 12-34 (2013).
84. L. Brunelli, G. Ristagno, R. Bagnati, F. Fumagalli, R. Latini, R. Fanelli and R. Pastorelli, Metabolomics, 9, 839-852 (2013).
85. X. Han, M. Min, J. Wang, Z. Bao, H. Fan, X. Li, T.I. Adelusi, X. Zhou and X. Yin, J. Neurosci. Res., (2017), DOI: 10.1002/jnr.24098.
86. L. Konieczna, A. Roszkowska, A. Synakiewicz, T. Stachowicz-Stencel, E. Adamkiewicz-Drozyñska and T. Baczek, Talanta, 150, 331-339 (2016).
87. M. M. Moein, A. Abdel-Rehim and M. Abdel-Rehim, TrAC - Trends Anal. Chem., 67, 34-44 (2015).
88. M. M. Khamis, D. J. Adamko and A. El-Aneed, Mass Spectrom. Reviews, 36, 115-134 (2017).
89. D. T. Nguyen, I. S. Cho, J. W. Kim, K. R. Kim, G. Lee and M. J. Paik, Biomed. Chromatogr., 27, 216-221 (2013).
90. L. Konieczna, A. Roszkowska, M. Niedwiecki and T. Baczek, J. Chromatogr. A, 1431, 111-121 (2016).
91. B. Hashemi, P. Zohrabi, K.-H. Kim, M. Shamsipur, A. Deep and J. Hong, TrAC - Trends Anal. Chem., 97, 83-95 (2017).
92. I. Moreno, M. Barroso, A. Martinho, A. Cruz and E. Gallardo, J. Chromatogr. B, 1004, 67-78 (2015).
93. T. Rosenling, M. P. Stoop, A. Smolinska, B. Muilwijk, L. Coulier, S. Shi, A. Dane, C. Christin, F. Suits, P.L. Horvatovich, S. S. Wijmenga, L. M. C. Buydens, R. Vreeken, T. Hankemeier, A. J. Van Gool, T. M. Luider and R. Bischoff, Clin. Chem., 57, 1703-1711(2011).
94. J. M. T. Wong, P. A. Malec, O. S. Mabrouk, J. Ro, M. Dus and R. T. Kennedy, J. Chromatogr. A, 1446, 78-90 (2016).
95. L.-H. Zhang, H.-L. Cai, P. Jiang, H.-D. Li, L.-J. Cao, R.-L. Dang, W.-Y. Zhu and Y. Deng, Anal. Methods, 7, 3929-3938 (2015).
96. A. Wojnicz, J. Avendaño Ortiz, A. I. Casas, A.E. Freitas, M. G. López and A. Ruiz-Nuño, Clin. Chim. Acta, 453, 174-181 (2016).
97. W. Zhou, B. Zhu, F. Liu, C. Lyu, S. Zhang, C. Yan, Y. Cheng and H. Wei, J. Chromatogr. B, 1002, 379-386(2015).
98. K. Inoue, Y. Miyazaki, K. Unno, J. Z. Min, K. Todoroki and T. Toyo’oka, Biomed. Chromatogr., 30, 55-61(2016).
99. M. S. S. Bergh, I. L. Bogen, E. Lundanes and Å. M. L. Øiestad, J. Chromatogr. B, 1028, 120-129 (2016).
100. F. Kondo, M. Tachi, M. Gosho, M. Fukayama, K. Yoshikawa and S. Okada, Anal. Bioanal. Chem., 407, 5261-5272 (2015).
101. S. Greco, W. Danysz, A. Zivkovic, R. Gross and H. Stark, Anal. Chim. Acta, 771, 65-72 (2013).
102. P. Voehringer, R. Fuertig and B. Ferger, J. Chromatogr. B, 939, 92-97 (2013).
103. X.-E. Zhao, Y. He, P. Yan, N. Wei, R. Wang, J. Sun, L. Zheng, S. Zhu and J. You, RSC Adv., 6, 108635-108644 (2016).
104. A. Gottås, Å. Ripel, F. Boix, V. Vindenes, J. Mørland and E. L. Øiestad, J. Pharmacol. Toxicol. Methods, 74, 75-79 (2015).
105. R. Nirogi, P. Komarneni, V. Kandikere, R. Boggavarapu, G. Bhyrapuneni, V. Benade and S. Gorentla, J. Chromatogr. B, 913–914, 41-47 (2013).
106. X. S. Li, S. Li and G. Kellermann, J. Chromatogr. A, 1449, 54-61 (2016).
107. T. M. Fonseka, X.-Y. Wen, J. A. Foster and S. H. Kennedy, J. Neurosci. Res., 94, 3-14 (2016).
108. A. Aragon, J. Legradi, A. Ballesteros-Gómez, J. Legler, M. van Velzen, J. de Boer and P. Leonards, Anal. Bioanal. Chem., 409, 2931-2939 (2017).
109. S. Lista, H. Zetterberg, B. Dubois, K. Blennow and H. Hampel, J. Neurol., 261, 1234-1243 (2014).
110. R. González-Domínguez, A. Sayago and Á. Fernández-Recamales, J. Chromatogr. B, (2017) DOI: 10.1016/j.jchromb.2017.02.008.
111. M. M. Koek, R. H. Jellema, van der J. Greef, A.C. Tas and T. Hankemeier, Metabolomics, 7, 307-328(2011).
112. K. K. Pasikanti, P. C. Ho and E. C. Y. Chan, J. Chromatogr. B, 871, 202-211 (2008).
113. P. S imek, P. Hus k and H. Zahradníèková, Anal. Chem., 80, 5776-5782 (2008).
114. N. A. Alterman and P. Hutzinger, In ‘Amino acid handbook’, Chapter 13, Springer, New York, 2012.
115. M.-J. Paik, D.-T. Nguyen, J. Yoon, H. S. Chae, K.-R. Kim, G. Lee and P. C. Lee, Bull. Korean Chem. Soc., 32, 2418-2422 (2011).
116. K.-R. Kim, H.-G. Park, M.-J. Paik, H.-S. Ryu, K.S.Oh, S.-W. Myung and H. M. Liebich, J. Chromatogr. B., 712, 11-22 (1998).
117. M.-J. Paik, E.-Y. Cho, H. Kim, K.-R. Kim, S. Choi, Y.-H. Ahn and G. Lee, Biomed. Chromatogr., 22, 450-453 (2008).
118. M.-J. Paik, H.-J. Lee and K.-R. Kim, J. Chromatogr. B, 821, 94-104 (2005).
119. M.-J. Paik and K.-R. Kim, J. Chromatogr. A, 1034, 13-23 (2004).
120. S. T. Kadam and S. S. Kim, J. Organomet. Chem., 694, 2562-2566 (2009).
121. M. Sano, V. Ferchaud-Roucher, C. Nael, A. Aguesse, G. Poupeau, B. Castellano and D. Darmaun, J. Mass Spectrom., 49, 128-135 (2014).
122. Ø. Midttun, G. Kvalheim and P. M. Ueland, Anal. Bioanal. Chem., 405, 2009-2017 (2013).
123. W. Lee, N. H. Park, T.-B. Ahn, B. C. Chung and J. Hong, J. Chromatogr. A, (2017), DOI: 10.1016/j.chroma.2017. 10.021.
124. S. Jiang, Z. Liang, L. Hao and L. Li, Electrophoresis, 37, 1031-1038 (2016).
125. H. Chu, A. Zhang, Y. Han, S. Lu, L. Kong, J. Han, Z. Liu, H. Sun and X. Wang, J. Chromatogr. B, 1015-1016, 50061 (2016).