Polyamine Profiling Analysis by Liquid Chromatography–Tandem Mass Spectrometry in Plasma and Lung Tissues of Mice with Asthma

Abstract

Endogenous aliphatic and acetylated polyamines (PAs) are known as essential components to regulate about metabolic functions. Imbalance of polyamine metabolism may be bringing about the several pathological processes. In this study, a new sample preparation method and multiple reaction monitoring (MRM) mode for simultaneous measurement of four aliphatic and five acetylated PAs in plasma and lung tissue samples was developed by liquid chromatography–tandem mass spectrometry (LC−MS/MS). Characteristic ions in MRM mode with electrospray ionization (ESI) permitted the accurate and selective analysis of PAs. In the optimal conditions, this method showed good linearity (r ≥ 0.9970) for the range of 0.5–10 ng with limit of detection (LOD) of 0.003–0.8 pmol and limit of quantification (LOQ) of 0.01–2.6 pmol. The repeatabilities of intra and inter days as a percentage of relative standard deviation (% RSD) varied from 0.4–15.4 (% RSD). And accuracy as a percentage of relative error (% RE) was from -17.3–16.2 (% RE). When applied to the analysis of PAs in plasma and lung tissue samples from control and asthma mice, nine PAs were positively identified and determined by LC−MS/MS. The percentage composition of putrescine and spermidine in plasma as major PAs ranged from 20.33 ± 4.51–22.13 ± 2.37 and 67.85 ± 2.84–69.59 ± 5.98, respectively. While, percentage composition of spermidine and spermine as major PAs in lung tissue ranged from 27.61 ± 1.71–28.74 ± 5.91 and 67.60 ± 5.99–69.25 ± 2.08, respectively. In the asthma group compared to control group, level of N1-acetylspermine (p<0.03) was significantly reduced in plasma, while level of putrescine (p<0.02) was significantly increased in lung tissue. The percentage composition of each PA from asthma group was normalized to the corresponding mean value of control group, which were used for creating star pattern graph. The distorted star graphic pattern of the asthma group was different from nonagonal shape of the control group. Therefore, the present PA profiling method by LC−MS/MS will be useful for the biochemical monitoring of various disease state including asthma.

내인성 aliphatic 및 acetylated 폴리아민들은 대사기능을 조절하는 필수성분으로 알려져 있다. 폴리아민 대사의 불균형은 몇 가지 병적 과정을 초래 할 수 있다. 본 연구에서는 액체크로마토그래피–텐덤 질량분석법 (LC–MS/MS)을 이용하여 혈장 및 폐 조직 시료에서 4 종의 aliphatic 및 5 종의 acetylated 폴리아민의 동시측정을 위한 새로운 시료전처리 방법 및 다중 반응 검지법 (MRM)이 개발되었다. 전기 분무 이온화 (ESI)를 이용한 MRM 의 특징적인 이온을 이용하여 폴리아민들의 정확하고 선택적인 분석을 수행하였다. 최적의 조건에서 이 방법은 0.5–10.0 ng 의 범위에서 상관계수 r 이 0.9970 이상으로 좋은 직선성을 나타내었고, 검출한계(LOD)는 0.003–0.8 pmol, 정량한계(LOQ)는 0.01–2.6 pmol 으로 나타났다. 일내(intraday)와 일간(interday)의 정밀도 (% RSD)는 15.4 이하, 정확도 (% RE)는 -17.3–16.2 로 나타내었다. 대조군과 천식 쥐의 혈장과 폐 조직에 대하여 본 개발된 방법을 적용했을 때, LC–MS/MS 를 이용하여 9 종의 폴리아민들이 확인되었다. 혈장 내의 주요 폴리아민인 putrescine 과 spermidine 의 조성비율 (%)은 각각 20.33 ± 4.51–22.13 ± 2.37 과 67.85 ± 2.84–69.59 ± 5.98 이었다. 반면, 폐 조직 내의 주요 폴리아민인 spermidine 과 spermine 의 조성비율 (%)은 각각 27.61 ± 1.71–28.74 ± 5.91 과 67.60 ± 5.99–69.25 ± 2.08 이었다. 대조군에 비해 천식군에서, 혈장 내의 N1-acetylspermine (p<0.03)의 수준이 유의하게 감소하였고, 반면 조직 내의 putrescine (p<0.02)의 수준이 유의하게 증가하였다. 천식군의 각 폴리아민의 조성비율을 대조군의 평균값으로 표준화 한 후 스타패턴 그래프로 전환하였을 때, 천식군의 변형된 스타 그래프 패턴은 대조군의 9 각형 모양과는 다른 패턴을 나타내었다. 그러므로, LC–MS/MS 를 이용한 현재 폴리아민 프로파일링 방법은 천식을 비롯한 다양한 질병 상태의 생화학적 모니터링에 유용 하게 사용될 것으로 사료된다.