國內攻克MALDI-MS檢測難題 發展質譜成像分析新技術

2020-12-05 OFweek儀器儀表網

　　南京大學化學化工學院鞠熀先教授研究組在質譜成像分析方面取得重大進展，相關成果日前在線發表於Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201601096。該成果由14級博士生胡駿傑為第一作者，鞠熀先教授為通訊作者完成。

　　質譜技術由於高通量和免標記的優勢，在酶活性分析中得到廣泛關注。然而，由於生物樣品的成分複雜，組分豐度的分布差異大，其應用常被複雜的樣品前處理所限制。為簡化繁瑣的樣品前處理和數據分析過程，鞠熀先教授研究組發展了質譜成像分析新技術，實現了對多種酶活性的便捷可視化分析。該工作首先需攻克質譜成像分析尤其是通常MALDI-MS檢測存在的難題，大幅度提高質譜信號與信噪比，從而通過逐點掃描，獲得清晰的質譜圖像。該課題組以磷脂分子修飾多肽底物，利用具有兩親特性的磷脂分子保證其在疏水玻片表面的有序組裝，構建模擬生物膜，從而增強MALDI晶片的表面生物相容性，以使分析對象酶更易接近其底物，大幅度提高了質譜信號;同時這一設計增加了酶反應產物的分子量，可以避免基質與生物樣品中雜質的幹擾，改善了檢測信噪比與質譜分辨能力。他們以含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶家族(Caspase-1, -2, -3和-8)為模型，將相應多肽底物分別與磷脂骨架的分子連接並組裝嵌插於疏水玻片表面，製備出用於酶活性檢測的陣列晶片;在目標酶的作用下，底物被剪切產生質量位移，各酶的活性通過酶切產物的質荷比進行顏色編碼，實現了多種酶活性的可視化與高通量定量檢測(圖1)。這一方法已成功用於細胞內水解酶家族的抑制劑篩選和化療過程癌細胞中Caspases酶活性演化的監測，為耐藥性細胞鑑別及抗癌藥物篩選提供了有力工具，並可方便地擴展應用於其它酶系統，為探究更多過程中酶的作用機制提供了新途徑。

　　質譜晶片的製備及Caspase酶活性的可視化分析原理

　　鞠熀先教授研究組自2000年開始質譜研究，以解決實際問題為出發點，建立了海洛因及其代謝物的LC/MS分析方法及鼠藥的GC/MS快速檢測方法等。2010年後，隨著生命分析化學國家重點實驗室的建立與生命科學研究的需求，該研究組將納米技術、化學衍生及化學生物學與傳統質譜分析方法結合，通過功能化碳納米角、磁性碳納米管等納米材料，提出低豐度生物小分子(Chem. Eur. J., 2013, 19, 102-108)與蛋白(Nanoscale, 2014, 6, 3150-3156)的選擇性富集手段，建立了無需另加基質的MALDI-MS檢測方法。特別是，針對阻礙MALDI-MS定量分析的瓶頸，該課題組利用分子標記實現了MALDI定量(Anal. Chem., 2014, 86, 8275-8280; Anal. Chem., 2015, 87, 4409-4414)，並用於多肽和酶活性的定量檢測，創造性地改變了傳統認識，擴展了這一技術的應用範圍。

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