一种内源性代谢物二甲基胍基戊酸的合成与定量新方法：开启代谢疾病研究新征程

《Scientific Reports》：A synthesis and quantification method for endogenous metabolites dimethylguanidino valeric acid

为解决二甲基胍基戊酸（DMGV）研究中因缺乏商业标准而阻碍其机制研究与临床应用，且化学合成方法存在不足的问题，研究人员开展了 DMGV 合成与定量方法的研究。他们开发出生物催化合成法并建立定量方法，该成果有助于推动 DMGV 相关研究与临床应用。

　　在代谢疾病的研究领域，二甲基胍基戊酸（Dimethylguanidino valeric acid，DMGV）逐渐走入科学家们的视野。它是一类源自含精氨酸蛋白质的内源性代谢物，与肥胖、非酒精性脂肪性肝病（Non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）、2 型糖尿病以及心血管疾病等多种代谢紊乱疾病紧密相关。随着研究的深入，人们发现 DMGV 存在立体异构体，即不对称二甲基胍基戊酸（Asymmetric dimethylguanidino valeric acid，ADGV）和对称二甲基胍基戊酸（Symmetric dimethylguanidino valeric acid，SDGV），它们分别由不对称二甲基精氨酸（Asymmetric dimethylarginine，ADMA）和对称二甲基精氨酸（Symmetric dimethylarginine，SDMA）转化而来。

然而，DMGV 的研究之路困难重重。由于缺乏商业标准品，利用高效液相色谱 - 串联质谱（High performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry，HPLC-MS/MS）建立精准定量方法受到阻碍，其作用机制研究也因此裹足不前，在临床应用方面更是难以发挥潜力。已有的化学合成方法不仅耗时久、技术要求高，而且产率低、纯度差，无法满足研究需求。为了突破这些困境，西安交通利物浦大学、中山大学等机构的研究人员开启了一场探索之旅，旨在找到一种高效实用的方法来合成 DMGV 立体异构体，并精确测定其在健康人群中的浓度分布。最终，他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为该领域带来了新的曙光。

研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。在合成方面，采用生物催化法，将截短的人 AGXT2Δ_1-41基因构建到表达载体中，转化至大肠杆菌进行表达与纯化，进而催化合成 DMGV。在定量分析上，运用 UPLC-QQQ MS/MS 技术，并结合蛋白质沉淀法处理样本，建立了 DMGV 相关代谢物的定量检测方法。此外，通过收集医院的人体血浆样本，进行代谢物含量分析。

下面来看具体的研究结果：

• DMGV 标准品的合成：化学合成 ADGV 需多步反应，从 Boc-Orn (Z)-OH 合成 ADMA 步骤繁琐，从 ADMA 合成 ADGV 的两步反应虽转化率达 98.8%，但产率仅 5.6%，纯度为 78.4%。而生物催化法借助 AGXT2 酶从 ADMA 合成 ADGV，反应约 12 小时，转化率达 99.6%，纯化后纯度达 97.6%，产率约 16.2%。同时，研究还成功催化合成了 d⁶-ADGV、SDGV 和 d⁶-SDGV 等标准品12。
• UPLC-MS/MS 定量方法的建立：建立了以 UPLC-QQQ MS/MS 在多反应监测（Multiple reaction monitoring，MRM）模式下检测 DMGV 相关代谢物的定量方法。针对 ADGV 与 SDGV、ADMA 与 SDMA、高精氨酸与 NG - 单甲基 - L - 精氨酸（NG-monomethyl-L-arginine，NMMA）这三对异构体，选择独特离子跃迁以确保定量准确性。经过筛选，最终选用 HILIC 柱进行分析34。
• HPLC-MS/MS 检测方法的验证：对建立的检测方法进行全面验证，涵盖线性、准确性、精密度、灵敏度、选择性、特异性、携带污染、基质效应等多个方面。结果显示，多数代谢物在各指标上表现良好，不过 NMMA 在低浓度时部分指标欠佳56。
• 人体血浆样本分析：运用建立的定量方法检测人体血浆样本中的 DMGV 代谢物。研究发现，人群中多数代谢物水平与既往文献相符，确定了健康血浆中 ADGV 的浓度分布范围，但未检测到 SDGV，这可能是由于其定量离子强度低且在健康人血浆中含量少。此外，部分代谢物（ADGV、瓜氨酸、NMMA、高精氨酸、SDMA、胸腺嘧啶）在性别间存在显著差异78。

研究结论与讨论部分意义重大。该研究首次采用生物催化合成法成功制备了 ADGV、SDGV、d⁶-ADGV 和 d⁶-SDGV 等内源性代谢物，相比化学合成法，生物催化法在产物转化率、产率、纯度及操作便利性上优势明显。同时，建立的高灵敏度、高精度、高准确度、高选择性且高通量的靶向 MS/MS 定量方法，已应用于 488 名健康参与者血浆样本的检测，明确了相关代谢物的浓度分布。这些成果为 DMGV 的合成与定量分析提供了新途径，有力推动了不同场景下 DMGV 的机制研究和作为生物标志物的应用探索，为代谢疾病的研究与诊疗带来了新的希望和方向。