核酸质谱技术在表观遗传修饰中的检测应用进展总结2026

核酸质谱技术在表观遗传修饰中的检测应用进展总结2026核酸作为生命遗传信息的载体，其功能不仅取决于碱基序列，更受到多种化学修饰的动态精密调控

［

1］

。表观遗传修饰，包括DNA甲基化、组蛋白修饰等

［

2］

，其异常与肿瘤、神经精神疾病及多种慢性病的发生发展及治疗反应密切相关

［

3］

，且常早于临床表型出现，具有高度动态性和组织特异性

［

4］

，使其成为极具潜力的精准诊断生物标志物与个体化治疗干预靶点。因此，实现对核酸修饰的精确定性与定量分析，是推动功能机制探索与临床转化的关键。目前，高通量测序、基因芯片等基因组技术虽能系统解析表观遗传图谱

［

5］

，但在临床转化中仍存在一定局限性：基于亚硫酸氢盐处理的方法会导致DNA降解，不适用于微量样本；而基于免疫沉淀的富集方法则存在分辨率低、依赖抗体、周期长等瓶颈

［

6］

。因此，发展一种对微量降解样本友好、具备单碱基分辨率、可绝对定量且流程稳定的检测平台，已成为临床实践的迫切需求。质谱技术通过直接测量核酸分子的质量-电荷比，为序列变异与表观遗传修饰的精确定量提供了新的选择

［

7］

。该技术无需依赖核酸扩增，避免了由扩增效率差异引起的定量偏倚

［

8］

，并能同步获取序列与修饰信息，实现对单核苷酸变异及多种修饰的精准鉴别

［

9,10］

，具备良好的高通量潜力与速度优势

［

11］

。然而，面对临床痕量样本时，其灵敏度仍面临挑战，通常需引入靶向富集等样本前处理技术，以保障检测灵敏度和定量准确性

［

12］

。以基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（matrix-assistedlaserdesorptionionizationtimeofflightmassspectrometry，MALDI-TOFMS）和液相色谱-电喷雾电离-串联质谱（liquidchromatography-electrosprayionization-tandemmassspectrometry，LC-ESI-MS/MS）为代表的核酸质谱技术，正逐步从遗传变异分析领域拓展至表观遗传学研究前沿

［

13,14］

。本文聚焦于核酸质谱技术在表观遗传修饰检测中的应用进展，系统阐述其技术原理、方法学发展与临床应用，并探讨当前面临的技术挑战与未来发展趋势，以期为推动该技术在临床中的深入应用提供参考。一、核酸质谱技术的检测原理与技术流程核酸质谱技术通过直接测定核酸分子或其代谢片段的质荷比（m/z）进行检测，可避免传统核酸扩增技术中存在的误差，从而为序列变异与表观遗传修饰的精准鉴别与定量提供了解决方案。目前临床与科研中应用较为广泛的技术方案主要包括MALDI-TOFMS与LC-ESI-MS/MS。这2类技术方案在原理、通量、分辨率及应用场景上各具特色、形成互补。1.MALDI-TOFMS：MALDI-TOFMS具有高通量、自动化及对样本纯度耐受性较好等优势，已成为中通量靶向核酸检测的重要平台。在DNA甲基化等表观遗传修饰检测中，目前普遍采用基于MassARRAY平台的“重亚硫酸盐转化+PCR+单碱基延伸”的标准化工作流程。其通过重亚硫酸盐处理将未甲基化的胞嘧啶（C）转化为尿嘧啶（U），从而将甲基化状态转化为序列差异，再经PCR富集和单碱基延伸反应，使不同甲基化状态产生具有质量差异的延伸产物。最后，该产物与有机基质共结晶后，在真空条件下经激光解吸电离，离子在飞行时间质量分析器中按质荷比分离，通过检测质量峰的信号强度比，即可精确定量目标位点的甲基化比例

［

15］

。此策略通过将质谱的直接检测优势与靶向富集技术结合，在肿瘤甲基化标志物筛查、印记基因疾病诊断等领域展现出重要价值

［

12］

。此外，该技术亦可结合基于甲基化敏感限制性内切酶等更直接的前处理方案，适用于特定基因座整体甲基化水平的快速评估，但其单碱基分辨率及定量精确度通常较低

［

16］

。2.LC-ESI-MS/MS：该技术将液相色谱的高效分离能力与串联质谱的高分辨率、高灵敏度检测能力相结合，特别适用于核酸修饰的精确定量、深度表征及新型修饰发现，是表观遗传学基础与前沿研究的关键工具

［

17,18］

，其分析流程主要包括酶解、色谱分离与质谱检测3步。针对极性相近的修饰核苷，常采用亲水相互作用色谱分离；对于寡核苷酸片段，则多依赖离子对反相色谱进行分离

［

19］

。经色谱分离的组分进入电喷雾离子源电离为气相离子。在检测环节，多反应监测模式是实现高特异性、高灵敏度定量的核心技术

［

20］

。通过对目标母离子及其特征性子离子对进行选择性监测，并结合稳定同位素内标进行峰面积比对，可实现对目标修饰的绝对或相对准确定量。该平台的质量分辨率与定量准确性较好，能够区分结构高度相似的修饰异构体，并具备强大的未知修饰发现能力。因此，目前该技术主要集中于对检测准确性与深度要求极高的研究领域，如新型生物标志物的验证、修饰动态的机制研究等

［

21］

。二、核酸质谱技术在表观遗传修饰检测中的临床应用核酸质谱技术通过直接测定核酸分子的质量，能够对DNA甲基化与各类RNA修饰多种表观遗传修饰进行精确定量。该技术避免了亚硫酸氢盐转化造成的DNA降解，更适用于循环游离DNA、福尔马林固定石蜡包埋组织等微量或降解样本的分析，在肿瘤、神经精神疾病及慢性疾病风险评估等重要临床领域已展现出重要的应用价值。1.在肿瘤诊疗中的应用：核酸质谱技术通过高精度定量核酸修饰，已成为肿瘤液体活检与精准诊疗的关键技术。在早期筛查与诊断方面，基于多重靶标甲基化分析的模型展现出优越性能。例如在结直肠癌中，SEPT9、SDC2与VIM等基因的甲基化组合检测效能优于传统标志物

［

22］

；针对预后极差的胰腺导管腺癌，一项甲基化检测组合在血浆循环游离DNA中的受试者工作特征曲线的曲线下面积（areaunderthecurve，AUC）高达0.94，优于糖类抗原19-9（AUC=0.78）

［

23］

；在胃癌和肝细胞癌中，甲基化SEPT9基因的水平在鉴别良恶性及评估预后方面具有重要价值，其表现优于甲胎蛋白

［

24,25］

。此外，其在小细胞肺癌疗效评估与卵巢癌诊断中也显示出较高的准确性

［

26,27］

。在治疗指导与预后管理层面，该技术也可提供重要的伴随诊断与风险分层信息。例如，5-羟甲基胞嘧啶与DNA甲基化比值在低分化垂体神经内分泌肿瘤中异常升高，且与增殖指数呈负相关

［

28］

。脑胶质瘤中DNA修复酶启动子甲基化的定量检测，结果关联替莫唑胺的化疗敏感性及患者的总生存期

［

29］

。该技术的多重分析能力还支持构建更精细的模型，如通过同步检测多个基因的甲基化水平，可更精准地指导乳腺癌的辅助治疗决策

［

30］

。多标志物联合检测和协同分析策略能提升诊断准确性与风险分层效能，核酸质谱技术的样本来源也由血浆循环游离DNA拓展至外泌体、循环肿瘤细胞等更特异的组分

［

31,32］

。随着技术进步，其应用已覆盖至DNA与RNA的多维修饰组学，为阐明肿瘤恶性表型及耐药机制提供了关键工具

［

33］

。例如，在三阴性乳腺癌中，研究揭示N⁶-甲基腺苷（N⁶-methyladenosine，m⁶A）修饰能促进信使RNA（messengerRNA，mRNA）翻译，上调单一癌蛋白的表达进而激活下游信号通路，最终促进肿瘤对多西他赛的耐药性与肝转移

［

34］

；在胰腺癌中，m⁶A修饰能招募组蛋白甲基转移酶MLL1，重塑局部染色质来激活癌基因转录

［

35］

。核酸质谱通过整合多靶点、多修饰、多组分的分析能力，正逐步推动肿瘤诊疗向更早期、更精准的方向发展。2.在神经精神疾病研究中的应用：神经精神疾病，如阿尔茨海默病、帕金森病、抑郁症及精神分裂症，其发生发展与可遗传且可逆的表观遗传修饰密切相关

［

36］

，核酸质谱技术为这些修饰的精准定量提供了关键手段。在阿尔茨海默病中，研究揭示了SORL1等风险基因启动子的高甲基化与病理分期相关

［

37］

，且m⁶A修饰可上调下游环状RNA以驱动突触功能障碍与记忆损伤

［

38］

。同时，整合核酸质谱与测序数据发现，阿尔茨海默病模型特定神经元内存在m⁶A修饰异常富集的转录本，并与Tau蛋白病理存在一定关联

［

39］

。在重度抑郁症领域，Xiu等

［

40］

利用核酸质谱技术鉴定出患者外周血BICD2基因的高甲基化状态，并发现海马区m⁶A修饰谱的变化及RNA去甲基酶——脂肪质量与肥胖相关蛋白（fatmassandobesity-associatedprotein，FTO）的下调在抑郁样行为中的核心调控作用

［

41］

。在精神分裂症中，神经发育关键基因RELN启动子区的DNA甲基化水平呈现动态变化，且与患者症状严重程度显著相关，展现了其作为量化标志物的潜力

［

42］

。3.在慢性疾病中的应用：核酸质谱技术通过对DNA甲基化与RNA修饰等精确定量，为慢性疾病的风险与进展评估提供了客观指标

［

43］

。在DNA甲基化层面，基于核酸质谱构建的“表观遗传时钟”及“表观遗传年龄加速”指标，已被证实与心血管事件和慢性呼吸道疾病风险相关

［

44,45］

，特定CpG位点的甲基化状态可预测2型糖尿病患者的肾功能衰退风险

［

46］

。在呼吸系统疾病中，气道细胞DNA甲基化谱分析亦显示出区分哮喘与慢性阻塞性肺疾病、预测治疗反应的潜在价值

［

47］

。在RNA修饰层面，m⁶A等动态修饰的失衡深度参与慢性病理过程，其调控网络由“写入器”“擦除器”及“阅读器”协同构成，影响RNA代谢与功能

［

48］

。研究表明，心肌中m⁶A修饰相关酶的异常表达与心肌肥厚和梗死后不良重构相关

［

49］

；在动脉粥样硬化中，血管细胞的m⁶A修饰失调可通过调控炎症与脂质代谢相关转录本加速斑块发展

［

50］

。核酸质谱为实现此类动态修饰的准确定量提供了可靠技术支撑，正推动慢性病机制研究与新型生物标志物开发。三、核酸质谱的多领域应用拓展除直接应用于表观遗传修饰分析外，核酸质谱技术作为一种通用的核酸分析平台，其方法论也在微生物鉴定、法医学等更广泛的领域获得成功应用，展现出强大的平台适应性与转化潜力。在临床微生物鉴定与耐药检测领域，该技术通过对细菌16SrRNA等保守基因区域的PCR产物进行精确分子量测定，可实现物种乃至亚型的高通量、快速鉴别

［

51］

。例如在结核病诊断中，基于特定靶点的检测方案能准确区分结核分枝杆菌复合群并直接检测耐药突变

［

52］

。近年来，与机器学习算法的深度融合进一步提升了其在相似病原体鉴别领域中的应用效能

［

53,54］

。在法医学领域，基于单核苷酸多态性的核酸质谱分型技术为高度降解样本的鉴定提供了关键方案，并广泛应用于生物地理祖先推断等分析中

［

55］

。在核酸药物研发与质量控制中，质谱技术无需抗体，即可高效评估mRNA疫苗等药物的表达效能、剂量反应及制剂稳定性，为理解和完善核酸药物的性能提供了独特工具

［

56］

。高精度质谱技术有望与基因编辑技术、离子淌度等前沿方法学深度融合，从而在绘制单碱基分辨率修饰图谱、定量解析动态调控网络等方面取得突破，最终推动表观转录组学从基础机制研究走向临床诊断与治疗应用

［

57,58］

。四、挑战与展望核酸质谱技术凭借其高精度与多重定量能力，已成为表观遗传修饰分析的关键工具，但其临床转化仍面临多重挑战。首要瓶颈在于对5-羟甲基胞嘧啶、m⁶A等低含量/低比例修饰的检测灵敏度不足，这些修饰在生物样本中含量通常低于0.5%，而传统方法难以在微量样本中实现稳健定量。此外，复杂的样本前处理、高昂的成本、人才培养及标准化体系的缺失

［

59］

，共同制约了该技术的普及。未来技术发展需聚焦于跨学科的整合与技术创新。首先，针对低含量/低比例修饰检测的瓶颈，解决方案在于推进分析技术革新，包括开发更高效的化学衍生化与富集策略，如新型纳米探针或高亲和力抗体、优化质谱离子源与检测器的硬件配置以提升离子传输与信号采集效率，以及结合多重反应监测等超高灵敏质谱扫描模式，从方法学上攻克灵敏度难题

［

60］

。在此基础上，其后续发展方向将沿3个协同路径推进：一是向高时空分辨率发展，即与单细胞及空间组学融合，以克服组织异质性并解析细胞特异性表观特征

［

61］

；二是向现场即时检测发展，借助便携式质谱仪与新型生物传感技术，如纳米材料增强的电化学传感器来推动检测场景向床旁及基层下沉，提升可及性

［

62］

；