功能化磁性纳米材料在糖蛋白及糖肽富集中的研究进展

蛋白质糖基化作为最重要的翻译后修饰之一,在生物体诸如细胞信号转导、蛋白质翻译调控、免疫应答等诸多生命过程中发挥重要作用。此外,蛋白质的异常糖基化还与肿瘤等疾病的发生发展密切相关,这为以糖蛋白为目标的疾病生物标志物的发现提供了可能。尽管质谱已经成为糖蛋白质组学的重要分析工具,但糖肽的低丰度和低电离效率使得其直接质谱分析仍面临挑战。在糖蛋白质组学研究中,从复杂的生物样品中富集糖蛋白和糖肽是重要的环节。磁性固相萃取(MSPE)是一种操作简单、成本低和萃取效率高的样品预处理方法。在磁性固相萃取中,磁性吸附剂是影响萃取效果的关键,将功能化磁性纳米材料作为吸附剂进行糖蛋白质组学研究已经得到广泛应用。该文综述了糖分子、离子液体、凝集素、硼酸亲和配体、金属有机框架、共价有机骨架等功能化磁性纳米材料的制备及其在糖蛋白及糖肽富集中的应用。上述功能化磁性纳米材料具有高比表面积、大量作用位点等特点,其富集机理包括亲水相互作用色谱、凝集素亲和作用色谱、硼酸化学法和肼化学法等,主要应用于血清、血浆、细胞、组织、唾液等样品的糖蛋白和糖肽的富集。该文引用了近十年来发表的约90篇源于科学引文索引(SCI)与中文核心期刊的相关论文,并于文末对磁性纳米材料在糖蛋白和糖肽富集领域的发展趋势进行了展望。     

共价有机骨架功能材料及其在糖肽选择性富集中的应用

蛋白质糖基化是生物体中最重要的翻译后修饰手段之一,糖蛋白/糖肽的有效分离和富集成为目前糖蛋白组学研究的首要问题。对于复杂的生物样本,糖蛋白的数量较少,酶解后大量高丰度非糖基化修饰肽的存在,使得低丰度糖肽的检测更加困难。因此,需要一些手段来有效地富集糖肽以提高其检测丰度,发展高选择性的糖肽富集材料及方法就成为在分子水平上有效地监测糖蛋白或糖肽的重要途径。相对于传统的糖肽富集材料,共价有机骨架材料具有比表面积大和可修饰位点丰富的优点,在糖肽富集领域具有很大的应用潜力。该文制备了一种新型的共价有机骨架材料(O-T-D-COFs),利用1,3,5-三(4-氨苯基)苯和2,5-二甲氧基苯-1,4-二甲醛作为反应单体通过共聚缩合反应生成的席夫碱构成了材料的框架,对合成后的中间体材料进行氧化处理,从而提高材料的富集性能。利用扫描电镜、透射电镜、红外光谱和固体核磁等表征技术对材料的结构进行了表征,并将其应用于糖肽的选择性富集。分别对富集过程的上样条件、淋洗条件、洗脱条件进行了优化,结合质谱检测技术,从人血清免疫球蛋白G酶解液中观察到32个明显的糖肽信号峰。通过模拟复杂样本体系验证材料富集选择性,在人血清免疫球蛋白G和牛血清白蛋白的酶解液混合物摩尔比达到1∶50时,该材料仍然保持了良好的选择性。此外,还考察了材料的检测限、富集容量、回收率等富集性能,及在实际样品中的应用潜力。以人血清免疫球蛋白G为评价对象,O-T-D-COFs具有较低的检测限(2.5 fmol/μL)、较高的富集容量(120 mg/g),及较好的富集回收率(103.5%±6.6%、101.5%±10.4%)。在血清样品中富集到来自53个N-糖蛋白中的86个N-糖肽序列,并鉴定到了94个N-糖基化位点。这些结果都表明,该材料在糖肽富集领域有较好的应用前景。     

小尺度4-巯基苯硼酸修饰纳米金粒子用于大鼠肝脏糖蛋白选择性富集和质谱鉴定研究

报道了利用硼氢化钠还原一步法合成小尺度巯基苯硼酸修饰的纳米金材料（尺寸约为3 nm）,合成方法简便快捷.利用纳米金表面的硼酸基团与糖蛋白/糖肽中顺式邻二羟基的酯化反应,成功实现了糖肽和糖蛋白的选择性富集.利用该材料对糖蛋白HRP酶解产物进行富集,经富集后糖肽质谱峰的信号强度提高近百倍;将该材料用于大鼠肝脏中糖蛋白的富集...     

基于纳米粒子的糖蛋白/糖肽分离富集方法

蛋白质糖基化是一种重要的蛋白质翻译后修饰方式,糖基化对蛋白质的结构和功能有着非常重要的影响。在血清或者组织提取液中,一些低浓度的糖蛋白/糖肽是具有高度临床灵敏性和特异性的生物标记物,这些生物分子可能对疾病发生机理探讨、疾病标记物发现及蛋白类新药开发提供重要信息。由于糖蛋白/糖肽的丰度低,从复杂的生物样品中高选择性富集糖蛋白/糖肽一直是糖蛋白组学的难点和重点。纳米结构的材料因其大比表面积、丰富的活性亲和位点和特殊结构,已经广泛应用于糖蛋白/糖肽的分离富集中。本文对基于金、SiO₂、TiO₂、Fe₃O₄、金刚石和聚合物纳米粒子为载体的糖蛋白/糖肽分离富集方法的研究进展作了简要概述,并且阐明了糖蛋白/糖肽分离富集方法所面临的挑战,最后,对其未来发展方向做了展望。     

重组含糖识别结构域的人源半乳糖凝集素-3在糖蛋白/糖肽富集中的应用

植物凝集素是广泛使用的糖蛋白富集和识别材料,动物凝集素则较少被尝试用于糖蛋白富集。基于人源半乳糖凝集素-3的糖识别结构域（CRD）,设计了两种重组凝集素：Gal3C （一个CRD）和Tetra-Gal3C （四重串联CRD）。通过将两种凝集素固定于链霉亲和素琼脂糖小球上,构造了富集糖蛋白的重组凝集素亲和柱。使用凝胶电泳、免疫印迹以及生物质谱技术对重组凝集素的生物特征及其糖蛋白富集能力进行了表征与评价,发现两种类型的重组凝集素对糖蛋白/糖肽都有良好的富集效果,并具有较高的特异性和灵敏度。相对于Gal3C而言,Tetra-Gal3C由于具有四重串联的CRD结构域,表现出更高的糖蛋白/糖肽富集能力。该凝集素亲和柱成功用于人肝癌细胞系HepG2的糖蛋白富集,表明重组凝集素具有从复杂生物样本中选择性识别和富集糖蛋白/糖肽的能力。     

基于Endo-M N175Q糖链转移反应与丙酮富集糖肽的LC-MS分析糖蛋白N-糖链

基于化学酶标记和丙酮富集糖肽方法,建立了一种可靠、有效、简单的糖蛋白N-糖链分析方法。以唾液酸糖肽(SGP)为模型糖肽,比较了样品中丙酮加入量对SGP的富集效果,最终选择加入样品体积5倍量的丙酮。用丙酮富集经胰蛋白处理的核糖核酸酶B(RNase B)酶解液中的糖肽,以富集分离得到的糖肽(糖基供体)和PDPZ-Boc-Asn-GlcNAc(糖基受体)作为酶反应底物,进行Endo-M N175Q的转糖基反应,得到PDPZBoc-Asn-GlcNAc-N-糖链标记物。采用YMC C18色谱柱为分析柱,10 mmol/L甲酸铵-乙腈为流动相梯度洗脱,经液相色谱-串联质谱(LC-MS)检测得到5种高甘露糖型糖链。结果表明,丙酮可有效地富集大量肽和少量糖肽混合溶液中的糖肽,Endo-M N175Q可将天然糖肽的糖链转移到PDPZ-Boc-Asn-GlcNAc受体上。将该方法应用于胎球蛋白N-糖链分析,检测到5种复杂型N-糖链。该研究为各种糖蛋白N-糖链检测提供了新的分析方法。     

伴刀豆凝集素修饰磁性纳米粒子富集人血清中糖蛋白及质谱鉴定

发展了一种新型的磁性纳米粒子应用于人血清中特异性糖蛋白的亲和富集。制备的磁性纳米粒子具有核/壳/壳结构,即由Fe₃O₄磁性粒子/硅胶层/有机聚合物外层构成。伴刀豆凝集素A（Con A）以共价键合的形式通过短链聚乙二醇固定在粒子表面,实现了人血清中特异性糖蛋白的高效富集。富集的蛋白经过胰蛋白酶酶解后,所得的肽段经离线的二维色谱分离,用高分辨质谱共鉴定出80种蛋白。通过NetNGlyc等搜索软件分析确定其中76种为糖蛋白,分析发现在血清中质量浓度仅为0.00001 g/L的 β -2-glycoprotein 1也得到了鉴定,表明我们发展的磁性纳米粒子与凝集素相结合的方式,可以高效地富集复杂体系中与主要蛋白成分含量相差12个数量级的低丰度糖蛋白。     

基于叠氮基-氰基点击化学的苯硼酸亲和硅胶的制备及其在糖蛋白/糖肽选择性富集中的应用

硼亲和色谱法在糖肽/糖蛋白选择性富集中的应用趋于成熟。硼酸亲和材料的选择性，生物相容性，制备过程是否简便均是开发新型苯硼酸功能化材料需要考虑的问题。该研究立足硼酸亲和材料开发的关键问题，设计并开发了一种新型苯硼酸亲和硅胶（TCNBA）。该材料采用基于叠氮基-氰基的无铜催化点击化学方法进行合成，生物相容性好，制备方法简便。红外光谱和X射线光电子能谱图表征结果证明材料合成成功。TCNBA的糖肽富集选择性利用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）进行评价，结果表明，TCNBA能够分别从辣根过氧化物酶（HRP）和免疫球蛋白G（IgG）酶解液中鉴定出13个和11个糖肽；以HRP和牛血清白蛋白（BSA）酶解液混合物（物质的量比1：10）作为研究对象，富集后能够鉴定出5个糖肽。TCNBA的糖蛋白富集选择性利用十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳法（SDS-PAGE）进行评价，以HRP、IgG、核糖核酸酶B（RNaseB）作为考察对象，结果表明，TCNBA对糖蛋白具有较好的富集选择性。以实际样品人血清为测试对象验证TCNBA在实际生物样品中的应用价值。结果显示，富集后非糖蛋白得到较大程度去除，糖蛋白得以富集。所制备的材料和方法具有大规模实际蛋白质样品分离处理的应用前景。     

用于N-糖肽/糖蛋白分离富集的新型材料

蛋白质糖基化在调节各种复杂的生物过程中,如分子识别、免疫应答和蛋白质折叠等起着至关重要的作用。由于糖肽/糖蛋白在复杂生物样品或临床样品中丰度较低,进行糖蛋白组学分析前往往需要进行目标蛋白的分离富集。研究开发具有高效糖蛋白分离富集能力的新型材料对糖蛋白/糖肽的研究具有重要意义。近年来报道了许多新型糖蛋白分离富集材料,如有机高分子材料、生物基材料、新型有机骨架材料和新型功能复合材料等。这些材料因其结构、生物相容性和理化性质等特点,从不同层面推动了糖蛋白分离富集技术的发展。本文就目前国内外有关糖肽/糖蛋白分离富集的新型材料进行了总结和讨论,并对其未来发展提出展望。     

伴刀豆球蛋白亲和色谱柱的制备及其在糖蛋白核糖核酸酶B结构分析中的应用

通过对硅胶基质进行化学改性键合伴刀豆球蛋白(Con A),制备了对糖蛋白具有特异亲和作用的亲和色谱固定相;该固定相非特异性吸附弱,对于糖蛋白和糖肽的分离效果良好。对亲和色谱的分离条件进行了优化,以标准糖蛋白核糖核酸酶B(RNase B)为模型,对其进行了纯化;用糖苷酶切除糖链,并对切除糖链前后的RNase B用胰蛋白酶酶解;用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)对亲和色谱分离得到的糖蛋白、糖链及糖肽进行了分析,确定了RNase B的一级结构、糖含量、糖基化位点及糖连接方式。该方法快速准确,适于糖蛋白和糖肽的分离表征。将其应用于血清中糖蛋白及酶解后血清中糖肽的分离富集,取得了很好的效果。     

氧化铝富集糖肽的研究

糖基化蛋白对于生命体的生长发育, 免疫调节, 细胞识别粘附等具有重要意义, 而异常的糖基化表达与风湿关节炎、肿瘤、阻塞性肺病等疾病密切相关. 因此糖蛋白结构检测对于研究生命活动至关重要. 由于在复杂样品中糖肽含量相对较少, 加之非糖肽的离子抑制作用, 使得糖肽的质谱检测有一定的挑战性. 因此发展一种有效富集糖肽的方法是必要的. 本实验中我们选用氧化铝对糖肽进行富集研究, 并考察了影响氧化铝保留多肽的机理. 我们利用氧化铝, 从HRP酶解液中共获得16个糖肽, 从IgG酶解液中共获得12个糖肽. 与直接检测样品酶解液和经商品化材料Sepharose富集后再检测相比, 检测到糖肽的个数增多. 实验数据证明氧化铝富集糖肽具有较好的选择性和覆盖率.     

糖蛋白/糖肽分离富集中的化学

糖蛋白在许多生命过程中有重要的作用.糖蛋白/糖肽在复杂生物样品中的低丰度以及糖链结构的微观不均一性使其分离富集成为糖蛋白质组学研究中的难点,本文将糖蛋白/糖肽分离富集过程中使用的化学方法根据所应用的化学反应或外源功能基团的种类分为:肼化学方法,氨化学方法,硼酸化学法, β-消除米氏加成化学法;并对各化学方法的原理和优缺点进行了描述和讨论.     

人尿液N-糖蛋白/N-糖肽规模化富集鉴定

蛋白质的N-糖基化是真核细胞中一种重要的翻译后修饰,N-糖基化修饰在调控细胞黏附、迁移、信号转导及细胞凋亡等方面扮演着关键角色。蛋白质糖基化修饰的异常变化与多种重要疾病的发生相关。尿液具有蛋白质组复杂程度低和非入侵性等特点,适合大量及连续多时间点采样研究。但由于个体差异和生理条件的影响,尿蛋白丰度的生理波动较大。目前缺乏对健康人群尿液N-糖蛋白的个体差异和生理波动的专门性研究,以及生理丰度范围的构建,难以将个体差异、正常生理波动和疾病导致的变化进行有效区分,对疾病标志物研究提出很大挑战。本研究以亲水相互作用色谱法(HILIC)为基础,对该富集方法中活化、清洗与洗脱过程进行优化,其中主要对HILIC填料粒径和富集缓冲体系进行优化,并考察了不同实验条件下N-糖肽富集的鉴定数量、选择性与稳定性,发现当HILIC填料粒径为5 μm,在三氟乙酸富集体系下有更高的N-糖蛋白/N-糖肽鉴定水平。在此基础上,对20例健康男性志愿者和20例健康女性志愿者的尿液N-糖蛋白/N-糖肽进行了富集和定性、定量及功能分析。从40例尿液样本中共鉴定到1016个N-糖蛋白、2192条N-糖肽。采用非标定量策略对尿液N-糖肽的生理丰度波动范围进行了考察,尿液N-糖肽的丰度跨度约5个数量级。在此之后探索了健康人群尿蛋白N-糖基化水平的性别差异,筛选出性别相关的差异N-糖蛋白后进行了功能分析。统计学分析显示在尿液样本中性别可能是产生个体差异的重要因素。该工作为基于尿液糖蛋白质组学的功能与机制研究和临床生物标志物筛选提供了有力支撑。     

两性离子双功能化超亲水金属有机框架纳米复合材料的制备及其用于糖肽的选择性富集

蛋白糖基化是生物体中普遍发生且重要的生物学过程,其参与多种分子生物学的功能和途径,是临床诊断重要的生物标志物。但是,糖肽因其丰度低、离子化效率低、糖链异质性等难点,使糖蛋白分析一直面临巨大的挑战。因此,研究合成了一种新型的两性离子双功能化纳米金(AuGC)修饰的超亲水性沸石咪唑骨架(ZIF-8)纳米复合材料(AuGC/ZIF-8),并建立了亲水相互作用色谱(HILIC)和基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)联用选择性富集糖肽的分析方法。谷胱甘肽和半胱氨酸双功能化的协同作用,使MOF具有超亲水性和低空间位阻,为糖肽选择性富集提供了更多的亲和位点。研究以辣根过氧化物酶(HRP)为模式糖蛋白,通过AuGC/ZIF-8富集后,MALDI-TOF MS分析。结果表明,AuGC/ZIF-8对HRP糖肽的富集能力高达250 μg/mg,且在与牛血清白蛋白(BSA)混合溶液中(HRP-BSA (1∶200,质量比))显示出对HRP糖肽的高选择性,以及极低含量下(0.3 ng/μL)的高灵敏度。因此,在复杂生物样品糖蛋白的富集分离中具有很大的应用潜力。     

硼酸功能化介孔纳米材料的制备及其对糖肽的富集研究

制备了一种硼酸功能化介孔纳米材料, 利用硼酸基团可以和糖肽中糖链上的顺式邻位或间位羟基发生反应形成环状二酯对糖肽进行富集, 考察并比较了不同的孵育时间、孵育缓冲液、清洗方式以及洗脱液对糖肽富集的影响, 优化了该材料富集糖肽的条件, 建立了一种硼酸功能化介孔纳米材料用于选择性富集糖肽并用基质辅助激光解吸附电离-四极离子阱-飞行时间质谱(MALDI-QIT-MS)进行糖肽分析的方法.     

基于膜超滤的糖肽富集新方法

建立了一种用于糖肽富集的新型超滤方法,采用截留相对分子质量为3 000 u的超滤膜,截取相对分子质量大于3 000 u的组分,同时完成糖肽的富集、样本的脱盐及浓缩,简化了操作过程并减少了样本损失.用4种标准蛋白酶切肽段混合物测试方法的有效性,结果表明,采用超滤方法富集后的样品可以多鉴定1个糖肽,且所有鉴定的糖肽丰度远高于未富集的样品.将该方法用于人血浆样本,血浆全酶切肽段的1个SCX组分用超滤法富集后,其鉴定的糖肽数量超过未富集组分的6倍,且糖肽富集的选择性大于85%.该方法为糖蛋白质组学的研究及糖相关生物标志物的开发提供了有力的技术支持.     

糖蛋白/糖肽的分离富集方法*

蛋白质糖基化是一种重要的翻译后修饰,糖基化对蛋白质的结构和功能有着重要的影响。目前,作为蛋白质组学的一个组成部分,糖蛋白质组学是备受关注的研究热点。而从复杂的生物样品体系中富集糖蛋白/ 糖肽是蛋白质糖基化研究的重点和难点,本文就糖蛋白/糖肽分离富集方法的研究进展和应用作了简要概述。这些方法包括常用的凝集素亲和法、硼酸法、肼化学法和亲水作用法,还包括分子筛法、强阳离子交换法等新方法。     

半胱氨酸基麦芽糖修饰亲水硅胶的制备及其对糖肽的富集

糖蛋白与糖肽在复杂生物体系中丰度一般较低,为了在糖蛋白质组学研究中深入和全面分析鉴定糖基化位点与糖链,通常需要进行富集前处理操作。该文设计并合成了一种半胱氨酸基麦芽糖修饰亲水硅胶分离介质(Cys-Mal@SiO_2),将其装填入固相萃取柱中制备新型亲水固相萃取柱。在以人免疫球蛋白G酶解液为样品进行富集鉴定时,Cys-Mal@SiO_2鉴定糖肽的质谱信号强度和信噪比比半胱氨酸修饰硅胶(Cys@SiO_2)、麦芽糖修饰硅胶(Mal@SiO_2)和商品化ZIC-HILIC更高。在复杂的鼠肝蛋白质提取物的糖蛋白质组学分析中,Cys-Mal@SiO_2共鉴定出1 551条糖肽,属于466个糖蛋白的906个N-糖基化位点,比Cys@SiO_2和Mal@SiO_2鉴定糖肽数、蛋白质数和N-糖基化位点数分别多211、67、127个和289、76、193个。将Cys-Mal@SiO_2成功应用于低丰度糖肽的选择性富集与鉴定,在糖蛋白质组学研究中体现出良好的应用潜力。     

一种弱阳离子交换材料的亲水模式糖肽富集新方法

亲水作用色谱(HILIC)材料在糖肽的富集与分离中得到越来越广泛的应用. 针对目前HILIC材料糖肽选择性不足的缺点, 发展新的糖肽富集方法十分必要. 本工作发展了一种商品化的弱阳离子交换材料(WCX)在亲水模式下对糖肽的富集方法. 首先考察了微固相萃取(SPE)模式下WCX上多肽保留的机理. 结果显示, WCX上糖肽的保留同时受乙腈含量和pH的影响. 将WCX用于牛胎球蛋白(fetuin)胰蛋白酶酶解液中糖肽的富集, 获得了39条糖肽信号. 当fetuin与牛血清白蛋白(BSA)酶解液以物质的量比1:5混合时, 富集到26条糖肽信号. 富集人免疫球蛋白(IgG)胰蛋白酶酶解液时获得25条糖肽信号, 1:5时获得23条糖肽信号. 实验说明WCX对唾液酸化和非唾液酸化糖肽的富集均有高选择性. 该方法拓展了WCX的应用范围, 丰富了HILIC材料的种类.     

糖蛋白质组学中基于化学反应的富集方法研究进展

蛋白质糖基化是一种广泛存在的重要的蛋白质翻译后修饰,糖基化肽在总酶解肽中占的比例不超过5%,这使得糖肽的分离富集成为糖蛋白质组学研究发展的关键技术之一。在诸多糖蛋白质组富集技术中,化学方法是富集技术的主导,本文从化学反应的角度介绍糖基化蛋白质富集的技术进展。富集过程按照连接和释放分别讨论,在连接过程中,重点介绍硼酸化学法、肼化学法、胺化学法和肟点击法;在释放过程中,以N-糖蛋白的酶释放法和O-糖蛋白的β-消除法为主导,一并介绍了最新的氧化断裂释放的化学法。最后,讨论总体富集策略的发展现状。该文以糖蛋白富集的共价反应为核心,分析不同方法的优缺点以及各技术在糖蛋白质组学研究中的应用和贡献。