質譜技術的歷史可追溯到19世紀末，正電荷粒子的發(fā)現以及正電荷粒子束在磁場中發(fā)生偏轉的現象為質譜技術的誕生奠定了實驗基礎。20世紀初，英國物理學家Thomson研制成第一臺磁式質譜儀，由此獲得1906年諾貝爾物理學獎。1919年Aston改進了質譜儀的聚焦性能，并用該方法揭示同位素存在的普遍性，隨后于1922年獲得諾貝爾化學獎。Aston的研究開啟了現代質譜學的大門。此后Dempster提出了質譜分析基本理論和儀器設計理論。發(fā)展至此，質譜技術從理論到實際應用的體系已基本成型。

早期質譜技術主要用于同位素測定和無機元素分析。隨著技術的進步，其應用涵蓋了石油工業(yè)、化學工業(yè)以及有機物分析等領域。20世紀60年代，氣相色譜聯合質譜模式的出現使得質譜技術首次進入生物醫(yī)學領域。20世紀70年代末，隨著大氣壓電離技術的成功研發(fā)和日趨成熟，液相色譜－質譜(liquid chromatography－mass spectrometry，LC－MS)模式以高靈敏度、高分辨率和高準確性等特點，深受科研人員和臨床檢測的青睞。20世紀80年代，快原子轟擊、電噴霧和激光輔助解吸等"軟電離"技術的發(fā)展，使生物大分子轉變成氣相離子成為可能，更適合蛋白質、酶、核酸和糖類等生物大分子聚合物的檢測，大大拓寬了質譜技術在生物醫(yī)學領域中的應用。1994年美國《分析化學》雜志登載的相關綜述中宣布"生物質譜學的時代已經到來"[1]。

2008年，PUBMED數據庫中以"mass spectrometry"為關鍵詞的文章量已超過1萬篇/年，近十年來明顯呈逐年攀升的趨勢。目前常用于臨床診斷領域的質譜技術包括液相色譜－串聯質譜(liquid chromatography－tandem mass spectrometry，LC－MS/MS)、基質輔助激光解吸電離飛行時間質譜(matrix－assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry，MALDI－TOF)、四極桿液相色譜－質譜和電感耦合等離子體質譜(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP－MS)等。其中MALDI－TOF和LC－MS/MS分析技術在全球質譜市場中發(fā)展最快，前者可檢測多肽、蛋白質、多糖、核苷酸、糖蛋白、高聚物以及多種合成聚合物，多用于微生物和蛋白組學領域；后者可檢測小分子代謝物，多用于如應用于產前檢查、新生兒篩查、治療藥物監(jiān)測、激素和代謝物檢查等領域。

一、質譜檢測技術在國外醫(yī)學檢驗領域的應用概況

歐美發(fā)達國家最早將質譜技術引入醫(yī)學檢驗部門，發(fā)展相對成熟。目前，服務于臨床診療的質譜檢測項目已達400余項，主要涉及臨床化學、臨床免疫學以及臨床微生物鑒定等領域，亦被用于建立臨床化學檢測項目的參考測量程序和研制參考物質[2]。隨著臨床對個體化和精準化醫(yī)療需求的增加，基于質譜技術的基因組學、蛋白組學、代謝組學等研究成果正不斷轉化至臨床實踐[3，4，5]。最近全自動化的LC－MS/MS分析儀器問世，這將大大推動質譜分析技術在醫(yī)學檢驗領域更廣泛應用。

(一)質譜技術在臨床化學中的應用

歐美發(fā)達國家已廣泛開展的質譜臨床化學檢驗項目，包括新生兒遺傳代謝病篩查、激素及其代謝物檢測、治療藥物監(jiān)測、維生素D檢測和微量元素檢測等。

以1961年質譜技術用于新生兒苯丙酮尿癥的篩查作為起點，隨著質譜技術的發(fā)展，目前歐美發(fā)達國家已經使用串聯質譜技術對多個代謝產物進行聯合檢測，可篩查超過30種新生兒遺傳代謝疾病，包括先天性甲狀腺功能減退癥、苯丙酮尿癥、先天性腎上腺皮質增生、葡萄糖－6－磷酸脫氫酶缺乏癥、囊胞性纖維癥、半乳糖血癥、氧化脂肪酸缺陷癥、有機酸尿癥和尿素循環(huán)缺陷癥等。

2003年Herold和Fitzgerald[6]針對免疫方法檢測低濃度性激素的不足，調侃道"與其使用免疫方法評估女性患者體內的睪酮水平，不如隨便猜測來得更方便"。2007年美國病理家學會(College of American Pathologists，CAP)進行了一項研究，將3種不同濃度的睪酮標本分發(fā)給各臨床檢驗部門進行檢測，發(fā)現同一免疫學方法不同實驗室的檢測CV為13%～32%，同一樣本的檢測結果的差異達2～6倍[7]。鑒于免疫方法的檢測結果易受多因素干擾，2010年美國內分泌學會發(fā)表共識，推薦使用質譜技術檢測睪酮及其代謝物，這無疑確定質譜技術在檢測體內激素及其代謝物檢測的價值和地位[8]。2014年J Clin Endocrinol Metab雜志更是宣布[9]，從2015年開始將只接受質譜法檢測類固醇激素的研究稿件[9]。

在臨床用藥過程中，某些藥物的安全治療窗較窄，一旦過量使用易導至毒性或成癮反應，因此藥物濃度需要控制在合適范圍內。免疫方法雖簡單易行，但一次僅能檢測一種藥物，且易受外源性和內源性物質干擾，無法很好滿足臨床的要求。質譜技術以其高靈敏、高特異性、多物質同時檢測的特性，可用于指導臨床精準用藥，提高臨床工作的效率。目前國外已在臨床開展免疫抑制劑、疼痛治療藥物、抗精神病藥物、麻醉藥、抗逆轉錄病毒藥物等檢測項目。

(二)質譜技術在臨床微生物中的應用

臨床微生物檢驗在感染性疾病診斷、用藥指導、醫(yī)院感染控制、抗菌藥物管理等多方面均扮演著不可或缺的角色?；诒硇偷膫鹘y(tǒng)微生物鑒定方法，包括革蘭染色、微生物培養(yǎng)和生化試驗等，因檢測同轉時間較長、方法敏感性欠佳，影響病原微生物鑒定的速度和準確性，一定程度上影響了感染性疾病早期的診療。得益于快速、準確、靈敏、自動化及高通量等優(yōu)勢，質譜技術在微生物領域的應用范圍越來越廣，已用于多類型樣本中細菌和真菌的直接鑒定，并在微生物耐藥性分析、分型和毒力研究等方面也已顯現成效。在歐美等發(fā)達國家，質譜技術已在臨床微生物實驗室逐漸得到普及，在很大程度上取代傳統(tǒng)微生物鑒定方法服務于臨床診療。

質譜技術對微生物的精準鑒定和分析基于已建立的微生物胞膜蛋白質、脂多糖、核酸等的指紋數據庫。目前，僅有3種市售的數據庫MALDI Biotyper數據庫(Bruker Dahonics，German)，Saramis(BioM6rieux，用于來自Shimadzu的質譜設備)和Andromas(可與布魯克道爾頓或Shimadzu硬件兼容)供臨床檢驗部門參考。根據數據庫的不同，微生物鑒定結果有所差異，如在布魯克公司某些型號的質譜儀數據庫以芽胞桿菌屬和乳酸桿菌屬的數據最多，沙門菌屬僅有16個種，尚缺乏志賀菌、布魯菌以及霍亂弧菌的相關數據及指紋圖譜；Micromass公司的數據庫內含有志賀菌的數據，但少見芽胞桿菌屬的數據。近年來，歐美發(fā)達國家致力于完善商業(yè)化的鑒定數據庫，如Mayo Clinic Custom MALDI－TOF MS數據庫目前已經囊括1 599個質譜詞目，包括了商業(yè)數據庫中未入庫的微生物數據[10]。

(三)質譜技術在檢測標準化中的應用

質譜技術常作為參考方法，用于建立參考測量程序和為校準品賦值。1974年，Siekmann等[11]最早建立了采用氣相色譜－質譜技術的檢測醛固酮的參考方法，此后采用質譜技術的參考方法的擴展至檢測非肽類激素、代謝物和某些底物等方面。1997年，國際物質量咨詢委員會(Consultative Committee for Amount of Substance，CCQM)將同位素稀釋質譜原理定為一級(基準)測量原理之一[12]，自此基于同位素稀釋質譜原理的方法在生物和臨床化學溯源性和標準化研究中受到重視。截止2015年，JCTLM公布的79個分析項目中，有近一半的參考測量程序采用的是液質聯用或氣質聯用技術，主要用于藥物、代謝物和底物、非肽激素、蛋白質和維生素和微量營養(yǎng)物項目檢測[13]。質譜技術為醫(yī)學檢驗標準物質的研制提供了技術保障，是目前臨床檢驗參考方法的最佳選擇。

(四)質譜技術臨床應用的規(guī)范化

2007年CLSI首先發(fā)布C50A Mass Spectrometry in the Clinical Laboratory文件[14]，內容主要涉及質譜技術在臨床檢驗部門開展的總體原則，但未提供方法開發(fā)、確認和質量評估等方面的參考。2014年CLSI出臺C62－A Liquid Chromatography－Mass Spectrometry Methods指導文件[15]，闡述儀器常規(guī)使用和方法開發(fā)前所需考慮的要點，提出了方法研發(fā)、性能預確認、性能確認、質量評估和實施后監(jiān)測的最佳方案，旨在為臨床檢驗部門提供全面、普適的方法開發(fā)和確認路徑框架，使質譜的檢測性能符合臨床應用需求。標準化指南文件引導美國質譜分析技術的臨床應用步入科學規(guī)范的發(fā)展之路。

二、質譜檢測技術在我國醫(yī)學檢驗領域的應用現狀和未來發(fā)展思考

(一)我國質譜檢測技術的應用現狀

我國臨床醫(yī)學檢驗部門的質譜技術應用處于起步階段，無論是數量還是種類都與歐美等發(fā)達國家相距甚遠。僅有少量第三方醫(yī)學檢驗機構和三甲醫(yī)院開展質譜技術相關的臨床檢測項目，且大多僅作為臨床研究，無法滿足臨床個體化和精準化診療日趨增長的需求。專業(yè)人才的稀缺，方法建立和性能評價經驗的匱乏，臨床應用指南和管理政策的缺失，以及臨床轉化研究的欠缺，這些都嚴重阻礙質譜技術轉化至臨床實踐。對于我國臨床檢驗部門現狀而言，質譜技術臨床應用的發(fā)展需求遠重于監(jiān)管需求。如何滿足日益增長的臨床需求，鼓勵質譜技術在醫(yī)學檢驗中得到科學普及和規(guī)范應用是我們需要考慮的問題。

(二)我國質譜檢測技術的發(fā)展思考

專業(yè)人才培養(yǎng)是醫(yī)學檢驗部門迎接質譜檢測時代來臨的基礎。不同于臨床常規(guī)檢測，質譜技術專業(yè)人才需經過長期培訓、臨床實踐和經驗積累，醫(yī)學檢驗部門應在引入質譜技術前充分重視專業(yè)人員的培養(yǎng)工作。目前國內臨床醫(yī)學檢驗部門缺乏大量有經驗的質譜技術專業(yè)人才，這嚴重制約了質譜技術快速轉化至臨床實踐。

質譜檢測相關人員學歷背景和工作經歷的多樣化和分層化是保障日常工作正常有序開展的重要條件。質譜技術復雜程度高，加之國內臨床研發(fā)缺乏足夠的技術支持，因而建議配備具有分析化學背景的專業(yè)人才以便進行檢測方法的研發(fā)和檢測系統(tǒng)性能優(yōu)化。檢測結果審核分析、臨床溝通、報告解讀、規(guī)范建議解釋等工作應由具有臨床專業(yè)背景的人員實施，以確保結果解釋的科學合理性。實驗室負責人或項目負責人需具有較好的綜合管理能力，包括人員培訓、流程優(yōu)化及標準化、方法維護、質量控制等方面，以確保質譜技術臨床應用的科學和規(guī)范。

我國醫(yī)學檢驗部門對質譜檢測新項目建立和方法性能評價的經驗相對不足，大多參照國外文獻和少部分國內經驗進行方法學建立、性能評價、設立評估標準和質量管理。這種自我管理模式為內部質量管理和外部標準化帶來巨大挑戰(zhàn)，因此亟待我國相關部門出臺針對質譜相關的臨床實踐指南以規(guī)范質譜臨床檢測。本期《中華檢驗醫(yī)學雜志》刊載了由中華醫(yī)學會檢驗醫(yī)學分會、國家衛(wèi)生計生委臨床檢驗中心共同起草《液相色譜－質譜臨床應用建議》[16]，旨在為實驗室管理和操作人員以及監(jiān)管機構提供檢測方法建立、性能確認和質量管理等方面的參考。這一應用建議參考了國內醫(yī)學檢驗部門的實踐經驗，借鑒了CLSI的C50－A和C62－A文件，并先后征詢大量檢驗醫(yī)學和分析化學工作者的意見。該應用建議的發(fā)布和推廣將有利于促進質譜技術在我國醫(yī)學檢驗部門的規(guī)范應用和科學發(fā)展。

國內不同醫(yī)學檢驗部門間技術水平與服務能力參差不齊，人員素質和檢測系統(tǒng)存在顯著差異，若放松對質譜技術臨床應用的監(jiān)督和管理，任其恣意發(fā)展，最終帶來的只能是"亂象"。而直接參照美國FDA的監(jiān)管設想則將可能極大阻礙我國質譜技術在醫(yī)學檢驗領域的發(fā)展。面對"一放就亂，一管就死"的兩難局面，如何尋找適合我國國情的科學合理監(jiān)管新模式仍需不斷探索。目前我國臨床實驗室質譜技術的開展情況遠落后于歐美等發(fā)達國家，且相關管理模式仍處于摸索階段，因此需臨床醫(yī)學檢驗部門、臨床醫(yī)生和相關管理部門三方協(xié)力，共同推動質譜技術的科學和規(guī)范發(fā)展。目前的情況下臨床醫(yī)學檢驗部門需加強自我管理，包括檢測性能確立與臨床應用評估、建立完善實驗室質量控制體系、編寫從標本采集到結果解釋全過程的規(guī)范化操作規(guī)程，同時在檢測項目或方法開展后密切和臨床醫(yī)生溝通合作，一起做好結果解釋與患者教育的工作[17]。相關監(jiān)管部門可通過材料審查、現場監(jiān)督、用戶調研等多種措施定期評估質譜技術臨床應用的安全性及有效性；同時效仿國外的室間質量評價計劃，研制相關室間質量評價物質，制定合適的室間質量評價標準[18]。

在商品化檢測方法正式投入臨床使用前，廠商會招募正常人群、疾病對照組以及疾病組以建立和驗證檢測方法的正常人參考范圍，設立適當人群的醫(yī)學決定水平。目前，臨床現行疾病診療指南中的臨床決策切點大都依據常規(guī)檢測方法的結果設立。質譜技術與常規(guī)生化、免疫方法的檢測原理截然不同，檢測值也會有所差異，因此質譜技術應用于臨床前需重新建立表面正常人群參考區(qū)間和適宜人群的醫(yī)學決定水平，而非直接轉化。單一檢驗部門無法單獨完成以上工作，目前最切實際可行的方式就是篩選綜合實力強、質量控制好的部分有需求有能力的醫(yī)學檢驗部門作為試點單位，收集和分析試點的檢測數據，建立大樣本多中心的研究隊列，完成新項目或新技術的臨床參考范圍和醫(yī)學決定水平的確立。試點運行不僅能促進快速的研究成果轉化為臨床實用技術，也可為相關部門著手制訂詳細技術規(guī)范和管理要求提供經驗和參考，可由點及面將經驗和成果分級推廣和輻射至其他醫(yī)學檢驗實驗室，推動醫(yī)學檢驗發(fā)展，提升臨床診療水平，提高患者健康質量，最終提高我國醫(yī)療水平。

三、質譜檢測技術的應用前景

個體化和精準醫(yī)療的發(fā)展在很大程度上依靠準確可靠的檢測結果，尤其高新檢測技術(例如質譜技術)。質譜技術的臨床應用成果在臨床生化檢驗、臨床免疫學檢驗、臨床微生物檢驗以及臨床分子生物診斷等領域中已開始顯現成果，成為臨床常用檢測技術的一種重要技術。質譜技術的臨床應用前景廣闊。我們應該滿懷熱情地歡迎質譜技術進入醫(yī)學檢驗領域，科學積極地推進質譜技術的臨床應用，為臨床醫(yī)療決策提供更加精確可靠的結果和信息。(生物谷世聯博研Bioexcellence）

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