去除血浆中高丰度蛋白质的二维液相色谱体系的建立

血浆中高丰度蛋白质的存在严重干扰低丰度蛋白质的检测,是困扰血浆蛋白质组学研究的技术瓶颈之一。针对这一热点问题,建立了一种二维液相色谱(强阴离子交换色谱-反相高效液相色谱)分离系统,对血浆中的高丰度蛋白质进行了色谱定位并进行去除。选择TSKgel SuperQ-5PW为第一维色谱分离柱,第二维色谱分离采用Jupiter C4柱,对第一维的馏分进行进一步的分离。通过梯度优化,血浆样品经过二维系统得到充分分离。第二维分离过程中从紫外信号强度高(215 nm,大于20 mAU)的峰中选择10个峰,利用液相色谱-串联质谱鉴定出32种高丰度蛋白质,包括人血清白蛋白、免疫球蛋白G等高丰度蛋白质。该体系为血浆中更多高丰度蛋白质的去除以及血浆蛋白质组学的更深入研究提供了重要思路。     

比较纳升反相色谱-串联质谱与毛细管区带电泳-串联质谱用于自顶向下蛋白质组学

自顶向下蛋白质组学的一个重要难题是缺乏与质谱可以在线连用并且可以提供高效蛋白质分离的液相分离技术。毛细管区带电泳与纳升反相色谱都可以与质谱在线连用,并且在复杂蛋白质样品分析方面也都有了显著的提升。在这里,我们首次比较了先进的纳升反相色谱-串联质谱与毛细管区带电泳-串联质谱平台用于自顶向下蛋白质组学分析。相对于纳升反相色谱-质谱而言,毛细管区带电泳-质谱可以将标准蛋白质样品的消耗量降低10倍,而且保持与纳升反相色谱-质谱相当的蛋白质信号强度。有意思的是,与毛细管区带电泳-质谱相比,纳升反相色谱-质谱可以获得更高的蛋白质分子的气相价态。这个现象可能是由于反相流动相中的高浓度乙腈使得蛋白质变性的更加充分。从1微克的大肠杆菌蛋白质样品中,毛细管区带电泳-串联质谱可以鉴定到159个蛋白质和513个蛋白质变体,而纳升反相色谱-串联质谱仅鉴定到105个蛋白质和277个蛋白质变体。当将大肠杆菌蛋白质的上样量提高到8微克时,纳升反相色谱-串联质谱可以鉴定到245个蛋白质和1004个蛋白质变体。由于纳升反相色谱-串联质谱具有比毛细管区带电泳-串联质谱更高的上样量与更宽的分离窗口,当蛋白质样品量不受限制时,纳升反相色谱-串联质谱具有明显的优势。但是,在痕量样品分析方面,毛细管区带电泳-串联质谱具有更大的潜力。     

基于在线二维色谱的不同生长时期鹿茸的比较蛋白质组分析

建立了基于在线二维弱阴离子交换色谱-反相液相色谱(2D-WAX-RPLC)的蛋白质分离系统,并用于不同生长时期鹿茸的比较蛋白质组分析。以5种标准蛋白质的混合物为样品,考察了系统的重现性。通过改变标准蛋白质之间的浓度比,研究了该系统进行蛋白质相对定量的能力。在此基础上,针对4个不同生长时期的鹿茸样品,分别采用5种不同的方法进行蛋白质提取,经2D-WAX-RPLC分离后,收集各生长时期对应蛋白质的峰高最大比超过2的组分。酶解后,采用微柱反相液相色谱-串联质谱(μRPLC-MS/MS)进行肽段的分离鉴定;共从9个差异蛋白质峰中鉴定到了22个差异蛋白质。研究结果表明,利用基于蛋白质水平的在线二维液相色谱分离技术找寻差异蛋白质,具有重现性好、自动化程度高等优点,可用于开展比较蛋白质组学的研究。     

苏玛罐采样-预浓缩-气相色谱-质谱法测定环境空气中34种消耗臭氧层物质的含量北大核心CSCD

提出了苏玛罐采样-预浓缩-气相色谱-质谱法同时测定空气中34种消耗臭氧层物质(ODS)的分析方法。采用硅烷化的苏玛罐采集环境空气,用三级冷阱预浓缩、富集、热解吸,将解吸后的样品在Gas-Pro毛细管色谱柱(60 m×0.32 mm)上进行程序升温气相色谱分离,质谱分析采用全扫描(SCAN)模式和选择离子监测(SIM)模式,外标法定量。结果表明:34种ODS的物质的量分数在一定范围内与对应的响应强度呈线性关系,检出限(3.14s)为4.17~11.4 pmol·mol^(-1)。按照标准加入法进行回收试验,回收率为81.4%~95.8%,测定值的相对标准偏差(n=6)小于10%。将上述方法分析来自天津市某采样点的环境空气样品,13种ODS被检出,检出量为16.4~456 pmol·mol^(-1)。     

尺寸排阻-反相液相色谱-质谱联用技术在大鼠肾脏翻译后修饰蛋白质鉴定中的应用

LC-MS联用技术在蛋白质组学研究中具有重要的作用,但是在复杂的生物体系中,由于样品的高度复杂性和其中蛋白质含量的巨大差异,执行全面且无倾向的蛋白质组分析是一项挑战。因此,在液相色谱分离中采用基于不同原理的色谱分离方法来降低蛋白质样本的复杂度,并对微量蛋白质进行富集,对后续采用质谱方法进行信息的采集和深入分析至关重要。在这里我们开发了一种基于尺寸排阻色谱(SEC)与反相液相色谱(RPLC)结合的新方法来进行复杂体系蛋白质的分离和鉴定,特别是对于微量蛋白质的分析。首先使用SEC对蛋白质进行分离和富集,并酶解成多肽,再通过RPLC-MS联用的方法对酶解后的多肽进行分离和鉴定。结果显示使用上述方法可以有效降低蛋白质样本的复杂度,并有效提高微量蛋白质的鉴定能力,可从大鼠肾脏鉴定出23621个肽段及1345个蛋白质,比常规的二维强阳离子交换-反相液相色谱法(2D SCX-RPLC)鉴定到的肽段及蛋白质分别多出69%及27%。此外,该方法对肾脏翻译后修饰(PTM)蛋白质的鉴定显示出更多的优势,翻译后修饰的多肽鉴定率显著增加,特别是磷酸化肽段的鉴定效率可达到靶向富集策略的水平。在此展示的SEC-RPLC-MS可以更好地了解蛋白质翻译后修饰对肾脏的影响,最终将有助于增加我们对正常的生理性肾功能以及病理过程机制的理解。     

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。     

高通量蛋白质组学分析研究进展

基于质谱的蛋白质组学技术已经日趋成熟,可以对细胞和组织中的成千上万种蛋白质进行全面的定性和定量分析,逐步实现“深度覆盖”。随着生物医学日益增长的大队列蛋白质组学分析需求,如何在保持较为理想的覆盖深度下实现短时间、快速的“高通量”蛋白质组学分析已成为当前亟需解决的关键问题之一。常规的蛋白质组学分析流程通常包括样品前处理、色谱分离、质谱检测和数据分析。该文从以上4个方面展开介绍近10年以来高通量蛋白质组学分析技术取得的一系列研究进展,主要包括:(1)基于高通量、自动化移液工作站的蛋白质组样品前处理方法;(2)基于微升流速液相色谱与质谱联用的高通量蛋白质组检测方法;(3)利用灵敏度高、扫描速度快的质谱仪实现短色谱梯度分离下蛋白质组深度覆盖的分析方法;(4)基于人工智能、深度神经网络、机器学习等的蛋白质组学大数据分析方法。此外,对高通量蛋白质组学面临的挑战及其发展进行展望。总而言之,预期在不久的将来高通量蛋白质组学技术将会逐步“落地转化”,成为大队列蛋白质组学分析的利器。     

液相色谱-质谱法比较分析正常人与胃癌患者的胃组织蛋白质

通过蛋白质组学技术筛选胃癌相关标志物是目前胃癌研究的热点,也是早期诊断的关键。针对组织蛋白质提取物非常复杂的特点,并根据疏水性的差异,采用反相液相色谱对正常及癌症组织提取蛋白质进行分离。通过比较正常及癌症组织提取蛋白质的谱图差异,收集并酶解差异最大的保留时间为45～47 min的馏分,采用液相色谱-多级质谱联用(LC-MS/MS)鉴定其酶解产物。鉴定结果显示,正常及癌症组织中的共有蛋白质为9个,正常组织中有6个特异蛋白质,而癌症组织中有17个特异蛋白质。通过进一步分析,筛选出胃癌组织中含有的丰度较高的两个蛋白质。应用生物信息学方法分析这些蛋白质,能为将来的药物靶点、药物作用通路研究提供更多的信息。     

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。     

Multidimensional capillary array liquid chromatography and matrix-assisted laser desorption/ionization tandem mass spectrometry for high-throughput proteomic analysis

A two-dimensional capillary array liquid chromatography system coupled with matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) mass spectrometry (MS) was developed for high-throughput comprehensive proteomic analysis, in which one strong cation-exchange (SCX) capillary chromatographic column was used as the first separation dimension and 10 parallel reversed-phase liquid chromatographic (RPLC) capillary columns were used as the second separation dimension. A novel multi-channel interface was designed and fabricated for on-line coupling of the SCX to RPLC column array system. Besides the high resolution based on the combination of SCX and RPLC separation, the developed new system provided the most rapid two-dimensional liquid chromatography (2D-LC) separation. Ten three-way micro-splitter valves used as stop-and-flow switches in transferring SCX fractions onto RPLC columns. In addition, the three-way valves also acted as mixing chambers of RPLC effluent with matrix. The system enables on-line mixing of the LC array effluents with matrix solution during the elution and directly depositing the analyte/matrix mixtures on MALDI plates from the tenplexed channels in parallel through an array of capillary tips. With the novel system, thousands of peptides were well separated and deposited on MALDI plates only in 150min for a complex proteome sample. Compared with common 2D-LC system, the parallel 2D-LC system showed about 10-times faster analytical procedure. In combination with a high throughput tandem time of flight mass spectrometry, the system was proven to be very effective for proteome analysis by analyzing a complicated sample, soluble proteins extracted from a liver cancer tissue, in which over 1202 proteins were identified.     

反相/亲水色谱法分析糖苷类化合物

根据皂苷、黄酮苷等糖苷类化合物的结构特点,采用亲水色谱模式分析该类化合物,以弥补反相色谱模式分离结构类似糖苷类化合物选择性的不足。首先选择14个糖苷类化合物,比较了反相色谱柱(XAqua C18)和亲水色谱柱(Click XIon)的分离效果,评价了反相/亲水色谱的正交性,并构建了反相/亲水二维体系用于西洋参样品的分离。结果表明,糖苷类化合物在反相及亲水色谱柱上均有很好的保留,但两者具有不同的分离选择性,14种物质在反相和亲水柱的出峰顺序有较大差异,在反相色谱中不易分离的人参皂苷Rg1和Re在亲水色谱柱可获得很好的分离,反相/亲水模式分离糖苷化合物具有很好的正交性。以构建的RPLC/HILIC二维色谱体系分离西洋参样品,有效地提高了分离能力及峰容量,有利于后续更多极性及微量化合物的制备、结构表征与活性研究,且该方法操作简便、流动相兼容性好,可作为糖苷分离分析、制备的有效手段,也可以为其他中药复杂体系的分析提供参考。     

Separation of proteins from human plasma by sample displacement chromatography in hydrophobic interaction mode

Sample displacement chromatography (SDC) in reversed-phase and ion-exchange modes was introduced approximately 20 years ago. This method was first used for the preparative purification of peptides and proteins. Recently, SDC in ion-exchange mode was also successfully used for enrichment of low-abundance proteins from human plasma. In this paper, the use of SDC for the separation of plasma proteins in hydrophobic interaction mode is demonstrated. By use of two or more columns coupled in series during sample application, and subsequent elution of detached columns in parallel, additional separation of bound proteins was achieved. Further low-abundance, physiologically active proteins could be highly enriched and detected by ESI-MS/MS.     

Ion-pair Reversed-phase×Low-pH Reversed-phase Two-dimensional Liquid Chromatography for In-depth Proteomic Profiling

High-resolution liquid chromatography separation is essential to in-depth proteomic profiling of complex biological samples. Herein, we established an ion-pair reversed-phase×reversed-phase two-dimensional liquid chromatography (IPRP×RP 2DLC) strategy for comprehensive proteomic analysis. Both RPLC separation dimensions were performed at low pH, with trifluoroacetic acid(TFA) and formic acid(FA) as mobile phase addictive, respectively. As the good separation resolution offered by ion-pairing effect of TFA, the fractionation efficiency was greatly improved with 74.0% peptides identified in just one fraction. Comparing with conventional high pH RP fractionation, the overall separation rate of IPRP was about 1.6 times that of high-pH RP, which increased the number of identified peptides by 21%. Further, 2169 proteins and 8540 peptides were confidently identified from crude serum sample by our IPRP×RP 2DLC strategy, exhibiting great potential in clinical proteomics in the future.     

二维液相色谱接口技术

二维液相色谱具有峰容量大、分辨率高、分析速度快等优点,已经成为复杂样品分离分析的重要工具。两种分离模式的转换通常需要经过一个特殊接口来完成,接口是二维液相色谱系统的核心,也是限制二维液相色谱应用的瓶颈;两种流动相不互溶时,接口尤为重要。本文针对二维液相色谱接口技术近期的发展和应用进行总结。引用文献51篇。     

Fractionation of phosphopeptides on strong anion‐exchange capillary trap column for large‐scale phosphoproteome analysis of microgram samples

It is one of the key issues to develop powerful fractionating method to increase the identification of the low‐abundance phosphopeptides. In this study, a semi‐online 2‐D LC separation strategy based on three‐step fractionation of the enriched peptides on strong anion‐exchange trap column was developed. It was demonstrated that the sensitivity and phosphoproteome coverage obtained by this fractionating method with strong anion‐exchange trap column is much higher than those by the conventional methods based on C18 trap column. In addition, when the same amount of sample was loaded, the number of identified phosphopeptides had increased 108%. Combination of this three‐step fractionation method with RPLC‐MS/MS analysis by 300 min RP‐gradient separation was applied to phosphoproteome analysis of human liver proteins, and 853 unique phosphopeptides was positively identified from 500 μg tryptic digest of human liver proteins. After three cycles' consecutive analyses, 1554 unique phosphopeptides and 1566 phosphorylated sites were totally identified from 735 phosphorylated proteins at a false discovery rate of <1% in about 54 h of analysis time.     

Characterization of poly(2-oxazoline) homo- and copolymers by liquid chromatography at critical conditions

In this study liquid chromatography at critical conditions for poly(2-ethyl-2-oxazoline)s (PEtOx) has been performed for the first time in order to analyze functional PEtOx homopolymers and block copolymers. Besides the verification of the critical point of adsorption with two series of ester end group functionalized PEtOx homopolymers, to evaluate the effect of both the chain length dependence and the end group polarity, using a cyano column with a solvent combination of 2-propanol and water, also two-dimensional liquid chromatography (2D-LC) has been applied for a poly(2-oxazoline) block copolymer. The combined characterization techniques provided further information about the polymerization procedure with regard to the formation of side-products by separation of the block copolymer from the corresponding homopolymer impurities. In addition, hyphenation of LCCC with MALDI-TOF MS and ESI-Q-TOF tandem mass spectrometry verified the obtained results.     

Hydrazide-functionalized magnetic microspheres for the selective enrichment of digested tryptophan-containing peptides in serum

The extreme complexity of protein samples is becoming a great challenge for proteomic analysis, especially for those having large dynamic range of protein abundance. To solve this problem, and to overcome the limitation of the current proteomic technologies, a new method using hydrazide-functionalized magnetic microspheres was established in this study. With this method, tryptophan (Trp)-containing peptides can be selectively and sensitively enriched from complex and low-volume samples. Furthermore, combined with 1D-LC-MS/MS analysis, the strategy was successfully applied to the proteomic study of mouse serum. The proportion of Trp-containing peptides was increased from 19.4% to 80.2% through enrichment, and the complexity of the sample was reduced more than two times. An additional 113 Trp-containing peptides and 48 novel proteins were detected compared to the conventional method. This enrichment method provides a means for identifying more proteins as potential biomarkers in serum and other complex samples.     

离线二维液相色谱法分离巴天酸模根的化学成分

建立了离线二维反相/反相液相色谱分离体系（2D-RPLC/RPLC）,对巴天酸模中的化学成分进行分离。通过比较巴天酸模乙酸乙酯萃取液在环氧四氮唑和Unitary C18色谱柱上的高效液相色谱图,确定以环氧四氮唑色谱柱为第一维色谱柱,以Unitary C18色谱柱为第二维色谱柱。流动相均采用0.1%（v/v）甲酸水溶液和甲醇,梯度洗脱。经一维色谱分离后,共收集18个流分,采用二维色谱对这18个流分进行了进一步的分离分析。实验结果表明,该二维色谱分离方法高效、可行,为巴天酸模药材的微量组分的分离以及活性化合物的筛选提供了分离方法。