液相色谱-质谱联用方法用于严重急性呼吸系统综合症冠状病毒结构蛋白质的研究

通过高效液相反相色谱、毛细管反相色谱-串联质谱联用方法对SARS病毒攻击细胞的研究,鉴定出了N、S和M3种SARS结构蛋白质,并准确测定了N蛋白质的分子量。由分子量结果和生物信息学推断的N蛋白质的理论分子量比较,可以确定N蛋白质不存在常见的磷酸化修饰和糖基化修饰或含量很低。进一步的研究表明：N蛋白质可能存在降解现象,其降解机理尚需探索。另外,通过对样品直接酶切后进行两维毛细管分离和串联质谱鉴定与对样品先进行分离,然后再进行毛细管反相分离-串联质谱鉴定方法比较,表明两种方法在蛋白质组学研究中各具优缺点,可根据不同目的选择使用。     

毛细管电泳-质谱联用技术及其在蛋白质组学中的应用

蛋白质组学研究在生物学、精准医学等方面发挥着重要的作用。然而研究面临的巨大挑战来自生物样品的复杂性,因此在质谱（MS）鉴定技术不断革新的同时,发展分离技术以降低样品复杂度尤为重要。毛细管电泳（CE）技术具有上样体积小、分离效率高、分离速度快等优势,其与质谱的联用在蛋白质组学研究中越来越受到关注。低流速鞘流液和无鞘流液接口的发展及商品化推动了CE-MS技术的发展。目前毛细管区带电泳（CZE）、毛细管等电聚焦（CIEF）、毛细管电色谱（CEC）等分离模式已与质谱联用,其中CZE-MS应用最广泛。目前被广泛采用的蛋白质组学研究策略主要是基于酶解肽段分离鉴定的"自下而上（bottom-up）"策略。首先,CE-MS技术对酶解肽段的检测灵敏度高达1 zmol,已成功应用于单细胞蛋白质组学;其次,毛细管电泳技术与反相液相色谱互补,为疏水性质相近的肽段（尤其是翻译后修饰肽段）的分离鉴定提供了新的途径。基于整体蛋白质分离鉴定的自上而下"top-down"策略可以直接获得更精准、更完整的蛋白质信息。CE技术在蛋白质大分子的分离方面具有分离效率高、回收率高的优势,其与质谱的联用提高了整体蛋白质的鉴定灵敏度和覆盖度。非变性质谱（native MS）是一种在近生理条件下从完整蛋白质复合物水平上进行分析的质谱技术。CE与非变性质谱联用已被尝试用于蛋白质复合体的分离鉴定。该文引用了与CE-MS和蛋白质组学应用相关的93篇文献,综述了以上介绍的CE-MS的研究进展以及在蛋白质组学分析中的应用优势,并总结和展望了其应用前景。     

纳升电喷雾毛细管液相色谱-串联质谱鉴定K562细胞株中混合蛋白质

用标准蛋白质混合物建立了一种适用于低丰度混合蛋白质及其异构体分离与鉴定的蛋白质组学方法。通过IPG胶条等电聚焦分离蛋白质,染色后进行混合胶内酶切,采用纳升电喷雾毛细管液相色谱一串联质谱“散弹法（shot-gun）”分析酶切产物,并进行数据库检索鉴定蛋白质。运用该方法从K562细胞株样品中鉴定出14种具有重要功能的蛋白质,部分蛋白质同时在多个条带中出现,可能是异构体。肽段及其碎片离子的平均质量偏差小于0．05U,综合得分大都远远超过有效值。该方法灵敏、准确度高、分辨率高、省时、便于操椎存苍宗罾白甩异构体青而右优势．     

反相高效液相色谱双梯度洗脱分离肽混合物及质谱分析

复杂肽段混合物的有效分离是高覆盖率地鉴定蛋白质混合物的前提。“鸟枪法”(Shotgun)蛋白质组学研究策略通常采用蛋白酶切、二维液相色谱-串联质谱分析肽段混合物从而鉴定蛋白质,其中高效率地分离肽段混合物是关键步骤之一。本文通过pH梯度结合有机溶剂梯度的反相高效液相色谱(RP-HPLC)进行一维液相色谱分离,按等时间间隔收集馏分并将一个梯度的前段的一个馏分与后段一个馏分混合,然后进行纳升级液相色谱-质谱联用(nanoRPLC-MS/MS)分析。将该方法应用于酵母蛋白质的分离和鉴定,实验结果为: 与常规的强阳离子色谱-反相液相色谱-质谱分离鉴定方法相比,采用pH梯度结合有机相梯度的RP-HPLC-RPLC-MS分离鉴定方法多鉴定到567个酵母蛋白质(簇,含有3035个唯一肽段);其中鉴定到肽段的pI分布范围为3.42～12.01,相对分子质量范围为587.67～3499.79;蛋白质的pI分布范围为3.82～12.19,相对分子质量范围为3446.55～432905。该结果表明这种方法在复杂体系蛋白质组分离鉴定中具有明显的优势,在蛋白质组学研究中有较好的应用前景。     

纳升级反相液相色谱-串联质谱法分析锦灯笼提取物中的蛋白质

通过水提、酸沉法得到锦灯笼果实提取物,其中蛋白质含量为188 mg/g(以提取物干重计),共含有18种氨基酸,其中8种人体必需氨基酸占氨基酸总量的31%。基于鸟枪法蛋白质组学的分析方法,用纳升级反相液相色谱-串联质谱(nano-RPLC-MS/MS)系统分析锦灯笼果实提取物中蛋白质的酶解产物,结合数据库检索,共鉴定得到60种蛋白质;通过生物信息学分析,得到锦灯笼提取物中的蛋白质具有催化活性、抗氧化活性、酶调节活性、养分贮液囊活性、运输活性、结合活性六大生物活性,其中鉴定到与抗氧化相关的蛋白质有3种,为锦灯笼中蛋白质的功能性质的进一步研究奠定了基础。     

基于毛细管电泳技术的高灵敏度蛋白质组学技术发展

近年来,蛋白质组学技术在样品前处理、分离技术和质谱检测技术方面获得了快速发展,已经可以实现在几小时内对上万种蛋白的同时定性和定量分析。然而,目前的主流蛋白质组学技术仍无法满足极微量生物样品,尤其是单细胞样品的组学分析需求。毛细管电泳分离技术具有峰宽窄、柱效高、样品用量少等优势,是与高分辨质谱在线联用的理想选择之一。该文评述了集成化和在线样品前处理以及主流的纳升液相色谱-质谱联用系统在高灵敏度蛋白质组学分析领域的发展现状和挑战,认为该领域的重要技术挑战之一在于目前的纳升液相色谱分离已经无法完全匹配现代高分辨质谱超过40 Hz的超高扫描速度,从而导致质谱使用效率的降低。针对上述技术挑战,该文重点探讨了毛细管电泳-质谱联用技术的独特技术优势和潜在发展机遇,主要包括：（1）面向微量酶解多肽样品的高柱效毛细管电泳分离。通过采用毛细管电色谱可以进一步改善毛细管电泳柱容量不足的局限;（2）面向高灵敏度分析的无鞘液/鞘液接口开发;（3）高效毛细管电泳分离与高扫描速度质谱检测的协同化使用。总之,我们预期毛细管电泳-质谱联用技术的进一步发展有望在针对单细胞等超微量生物学样品的蛋白质组学分析中获得更广泛的应用。     

肝移植后人血清中差异表达蛋白质的纳升超高效液相色谱-电喷雾串联质谱鉴定

建立了基于质谱的人肝移植后血清中差异表达蛋白质的分析方法,肝移植前后的人血清蛋白质用双向凝胶电泳分离,AgNO3染色,差异蛋白质斑点用胰蛋白酶进行胶内酶解后,采用纳升超高效液相色谱-电喷雾串联质谱进行鉴定。鉴定了8个显著差异表达的蛋白质,Mascot检索分值101~1543分,肽段匹配数5~34个,序列覆盖率10%~43%。所发现的差异蛋白质多与免疫调节有关,可为深入研究肝移植术后免疫排斥的分子机理提供线索。     

毛细管反相液相色谱-串联质谱用于肽的鉴定和相对定量分析

建立了一种基于毛细管反相液相色谱-串联质谱联用技术和质谱峰强度数据处理的肽段鉴定和相对定量分析方法。该方法无需对样品中的肽进行化学标记,在对样品进行反相色谱分离和串联质谱分析后,将二级质谱扫描数据进行蛋白质数据库搜索,获得所鉴定肽段的序列、保留时间、质荷比、带电荷数等定性信息;再以此为定位依据,在全扫描质谱数据中提取该肽段对应的离子峰并以该离子峰的峰强度作为定量信息,从而实现对不同样品中的共有肽段进行差异比较分析。以标准蛋白酶解混合肽段为实验对象,以肽段相对强度的相对标准偏差为指标,考察了该方法用于肽段相对定量分析的重现性、检测动态范围以及浓度标准曲线等,为将该方法用于生物样品中内源性肽的差异分析奠定了基础。     

纳升电喷雾串联质谱鉴定重组人甲状旁腺素(1-34)

用先进的纳升电喷雾-四极杆-飞行时间串联质谱鉴定重组人PTH(1-34)。通过ESI-MS测定重组人PTH(1-34)分子量及MS/MS对其胰蛋白酶酶解后的肽段的序列和数据库查询进行结构鉴定。重组PTH(1-34)测定分子量为4115.21,与理论值相比测定相差0.06%。MS/MS测定出其中双电荷离子峰m/z728.4肽段序列为VSEIQLMHNLG,以及其他3个单电荷离子峰的序列。数据库检索后确定重组表达的PTH(1-34)一级结构完全正确,纳升电喷雾串联质谱以其灵敏、快速和准确为蛋白质鉴定提供了有效的手段。     

基于母离子排除的串联质谱数据采集方法的研究

生物样本中的蛋白质复杂程度很高,尚无一种分析方法能够全面分析复杂生物样本中的所有蛋白质。实验证明:重复的质谱分析能增加蛋白质的鉴定数量,但鉴定到的蛋白质冗余度很高,高丰度肽段被反复检出。为了降低鉴定冗余度,提高鉴定效率,对线性离子阱-傅立叶变换离子回旋共振质谱仪的串联质谱采集方法进行了研究,建立了基于母离子排除的串联质谱采集方法。此方法能极大降低二级质谱采集的冗余度,提高蛋白质的鉴定效率。     

Complementary middle‐down and intact monoclonal antibody proteoform characterization by capillary zone electrophoresis – mass spectrometry

High‐resolution capillary zone electrophoresis – mass spectrometry (CZE‐MS) has been of increasing interest for the analysis of biopharmaceuticals. In this work, a combination of middle‐down and intact CZE‐MS analyses has been implemented for the characterization of a biotherapeutic monoclonal antibody (mAb) with a variety of post‐translational modifications (PTMs) and glycosylation structures. Middle‐down and intact CZE separations were performed in an acidified methanol‐water background electrolyte on a capillary with a positively charged coating (M7C4I) coupled to an Orbitrap mass spectrometer using a commercial sheathless interface (CESI). Middle‐down analysis of the IdeS‐digested mAb provided characterization of PTMs of digestion fragments. High resolution CZE enabled separation of charge variants corresponding to 2X‐deamidated, 1X‐deamidated, and non‐deamidated forms at baseline resolution. In the course of the middle‐down CZE‐MS analysis, separation of glycoforms of the F_C/2 fragment was accomplished due to hydrodynamic volume differences. Several identified PTMs were confirmed by CZE‐MS². Incorporation of TCEP‐HCl reducing agent in the sample solvent resulted in successful analysis of reduced forms without the need for alkylation. CZE‐MS studies on the intact mAb under denaturing conditions enabled baseline separation of the 2X‐glycosylated, 1X‐glycosylated, and aglycosylated populations as a result of hydrodynamic volume differences. The presence of a trace quantity of dissociated light chain was also detected in the intact protein analysis. Characterization of the mAb under native conditions verified identifications achieved via intact analysis and allowed for quantitative confirmation of proteoforms. Analysis of mAbs using CZE‐MS represents a complementary approach to the more conventional liquid‐chromatography – mass spectrometry‐based approaches.     

Separation techniques hyphenated to electrospray-tandem mass spectrometry in proteomics: capillary electrophoresis versus nanoliquid chromatography

Liquid chromatography (LC) nanoelectrospray-tandem mass spectrometry (MS/MS) is a key technology for the study of proteomics, with the main benefit to the characterization of sensitive peptides from complex mixtures. Capillary electrophoresis coupled to mass spectrometry (MS) has been taken into consideration sporadically due to the highly efficient separation and ability to handle low sample amount, yet classified as being less sensitive with respect to analyte concentration. The limitation in capillary zone electrophoresis (CZE) injection volumes can be overcome by on-line solid-phase extraction (SPE). Such an on-line SPE-CZE system was explored in combination with an ion trap (IT) mass spectrometer. Thus, it was possible to inject more than 100 microL sample solution on to the CZE capillary. Concentration limits of detection as low as 100 amol/microL were demonstrated for a peptide standard. This SPE-CZE-microelectrospray ionization (ESI)-MS/MS setup was compared directly to nanoLC/nanoESI using the same sample of a tryptic digest of bovine serum albumin (BSA) as a reference standard. Measurements were made on one IT mass spectrometer with identical acquisition parameters. Both chromatography systems enabled the separation and detection of low levels of peptides from a mixture of moderate complexity, with most peptides identified using both techniques; however, specific differences were obvious. The nanoLC-MS is about five times more sensitive than the CZE-MS, yet the difference was less pronounced than expected. The CZE-MS technique showed reduced loss of peptides, especially for larger peptides (missed cleavages) and is about four times faster than the nanoLC-MS approach.     

液相色谱-串联质谱法检测干血点中的同型半胱氨酸

建立了一种高通量液相色谱-串联质谱技术检测干血点(DBS)中同型半胱氨酸(homocycteine, Hcy)的方法。以DBS为样本,homocystine-D8为同位素内标,二硫苏糖醇(DTT)为蛋白结合态Hcy的还原剂,使用含0.1%(v/v)甲酸、0.05%(v/v)三氟乙酸的乙腈溶液萃取。整个前处理过程使用自动移液平台及96孔板实现高通量自动化操作。处理后的样本经过Phenomenex CN柱分离,使用多反应监测模式进行LC-MS/MS分析。结果表明:Hcy的检出限为0.12 μ mol/L(S/N=3),定量限为0.46 μ mol/L(S/N=10)。Hcy在1.16~148.00 μ mol/L范围内线性关系良好,R²=0.994。Hcy的平均回收率为(103.0±4.97)%~(112.0±2.13)%,日内相对标准偏差(RSD)为1.9%~4.6%,日间RSD为1.5%~7.1%。DBS样本在不同温度(-4、-20、22和37℃)下储存不同时间(0、1、2、3、4、5、6、14天)后的稳定性试验显示样本总体RSD<15%,经前处理后的样本在48 h内的稳定性试验显示样本总体RSD<5%。该方法与传统生化分析方法的相关性好(R²=0.9818, n=47)。     

Two-dimensional liquid chromatography-capillary zone electrophoresis-sheathless electrospray ionization-mass spectrometry: evaluation for peptide analysis and protein identification

A peptide separation strategy that combines two-dimensional (2-D) liquid chromatography (LC)-capillary zone electrophoresis (CZE) with tandem mass spectrometry (MS/MS) is described for the identification of proteins in complex mixtures. To test the effectiveness of this strategy, a serum sample was depleted of the high-abundance proteins by methanol precipitation, digested with trypsin to generate a complex peptide mixture, and separated into 96 fractions by reversed-phase (RP)-LC. Compared to ion-exchange LC separations, RPLC provides much higher resolution and peak capacity. Fractions were collected off-line from the RPLC separation, and subjected to short 20 min CZE separations. The separated zones were introduced to the mass spectrometer through a sheathless electrospray ionization interface that is integrated on the separation capillary. The ease of fabrication of the interface and its durability allowed for the analysis of all fractions on a single capillary in a relatively short analysis time. A stable electrospray was produced at nanoliter flowrates by augmenting analyte electrophoretic and electroosmotic mobilities with pressure-assisted flow. Unlike first-dimensional ion-exchange LC fractionation, where there is a large degree of overlap, the CZE-MS results show less than 15% overlap between neighboring RPLC fractions.     

Over 10 000 Peptide Identifications from the HeLa Proteome by Using Single‐Shot Capillary Zone Electrophoresis Combined with Tandem Mass Spectrometry

Capillary zone electrophoresis (CZE)–tandem mass spectrometry (MS/MS) has recently attracted attention as a tool for shotgun proteomics. However, its performance for this analysis has so far fallen far below that of reversed‐phase liquid chromatography (RPLC)–MS/MS. The use of a CZE method with a wide separation window (up to 90 min) and high peak capacity (ca. 300) is reported. This method was coupled to an Orbitrap Fusion mass spectrometer through an electrokinetically pumped sheath‐flow interface for the analysis of complex proteome digests. Single‐shot CZE–MS/MS lead to the identification of over 10 000 peptides and 2100 proteins from a HeLa cell proteome digest in approximately 100 min. This performance is nearly an order of magnitude better than earlier CZE studies and is within a factor of two to four of the state‐of‐the‐art nano ultrahigh‐pressure LC system.     

基于氨基柱的反相/正相液相色谱-电喷雾串联质谱法测定纺织品中的二硬脂基二甲基氯化铵

建立了纺织品中二硬酯基二甲基氯化铵(DSDMAC)的反相(RP)/正相(NP)液相色谱-电喷雾串联四极杆质谱(LC-ESI-MS/MS)的分析方法。选用甲醇为提取溶剂,确定了超声功率为420 W、提取温度为70 ℃的超声波辅助提取条件,实现了30 min快速提取样品中的DSDMAC。建立了基于氨基柱的反相和正相两套液相色谱分离系统,采用LC-MS/MS的选择反应监测(SRM)模式检测3个DSDMAC组分。结果显示: RPLC和NPLC对DSDMAC的检出限(S/N=3)分别为0.1 mg/kg和0.01 mg/kg。采用RPLC-MS/MS为定量方法,对8种不同的空白纤维纺织品的添加回收率为85.5%～103%(n=5);平行测试的相对标准偏差(RSD)为4.18%～12.8%(n=5)。5家外部实验室分别采用上述方法对2种参考样品中的DSDMAC进行检测,实验室间测定的RSD分别为7.3%和9.4%。该方法快速、准确、稳定,适用于纺织品中DSDMAC的检测。     

QuEChERS结合液相色谱-串联质谱法快速测定奶酪中多类兽药残留

建立了一种快速测定奶酪中大环内酯类、磺胺类、喹诺酮类和四环素类共50种兽药残留的分析方法。方法采用改进后的QuEChERS对奶酪进行前处理。样品在加入Na₂EDTA缓冲液和陶瓷均质子后,在5%(v/v)醋酸乙腈条件下进行振荡提取,氯化钠和无水硫酸钠用于盐析,经C₁₈吸附剂净化后,供液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)测定。目标化合物经ZORBAX-SB-C₁₈柱梯度分离,在正离子动态多反应监测模式下进行检测。结果表明,奶酪中50种兽药的定量限(LOQ)为0.05~20 μg/kg;在3个添加浓度(20、50、100 μg/kg)下(n=6),平均回收率在70%~120%范围内的比例分别为94%、92%和96%,相对标准偏差(RSD)为1%~14%。对市售的7个样品进行测定,其中两个样品分别检出了微量的罗红霉素和氟甲喹兽药残留。该方法快速简便,适用于奶酪中兽药残留的快速检测和日常监控。     

液相色谱-串联质谱法测定水中14种苯胺类化合物

通过优化色谱和质谱条件,建立了直接进样-液相色谱-串联四极杆质谱法同时快速检测水中14种苯胺类化合物的分析方法。水样经0.45 μm聚醚砜(PES)滤膜过滤后,采用Shim-pack FC-ODS柱(75 mm×4.6 mm, 3 μm)进行分离,以甲醇-0.1%(v/v)甲酸(35:65, v/v)梯度洗脱,流速0.3 mL/min,柱温35 ℃,串联四极杆质谱的多反应监测模式进行检测。在优化的分析条件下,14种苯胺类化合物可在12 min内分析完毕,而且线性关系良好(r>0.999),方法检出限在0.03~4.19 μg/L之间。对加标3个质量浓度(0.5、5.0、20.0 μg/L)的地表水样品平行测定6次,14种苯胺类化合物的相对标准偏差在0.4%~9.4%范围内。该方法抗干扰能力强、分析速度快、灵敏度高,已应用于实际样品的分析,样品加标回收率在68.0%~130%之间。     

QuEChERS净化-液相色谱-串联质谱法测定茶叶中氯噻啉

建立了茶叶中农药氯噻啉残留的液相色谱-串联质谱检测方法。茶叶样品用乙腈提取,提取液经QuEChERS法净化,利用PSA(N-丙基乙二胺)、C₁₈、GCB(石墨化炭黑)等吸附剂材料进一步去除杂质,净化液经过离心后取上清液以水等体积稀释。以乙腈-0.1%(v/v)甲酸水溶液为流动相,在0.30 mL/min流速下梯度洗脱,用C₁₈色谱柱进行液相色谱分离,电喷雾正离子模式电离(ESI⁺),选择反应监测(SRM)模式检测,外标法定量。结果表明:氯噻啉在1~500 μ g/L范围内线性关系良好(相关系数r为0.9999),定量限为0.01 mg/kg(S/N≥10),在乌龙茶和绿茶中3个添加水平(0.01、0.3和3 mg/kg)的平均回收率为87.0%~101.0%,相对标准偏差(RSD, n=7)在2.1%~13.1%之间。对多种茶叶的测定结果表明,该方法操作简便、成本低、准确性高、特异性好、分析速度快,可以对茶叶中氯噻啉残留进行定性和定量检测。