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。     

基于质谱的单细胞蛋白质组学分析方法及应用

细胞是生命体的最小组成单位,遗传及外部环境等因素使单细胞异质性广泛存在于众多生物体中。传统的生物学实验获得的结果多是大量细胞的平均测量值,因此在单细胞层面开展研究对于精确理解细胞的生长发育以及疾病的诊断与治疗至关重要。而作为重要的细胞和生命活动的执行者,蛋白质由于其不具备扩增特性,且种类繁多、丰度低、动态分布范围宽,与核酸等其他生物大分子相比,其单细胞组学研究相对滞后。而在所有的检测手段中,荧光检测以及电化学分析方法具有极高的灵敏度,但是囿于其研究通量有限,以及电化学活性依赖,很难成为普适性的单细胞蛋白质组学研究方法。质谱分析作为传统蛋白质组学中最为核心的研究技术,由于其高灵敏、高通量、结构信息丰富等特点,在单细胞蛋白质组学研究中独树一帜。该文综述了近年来基于质谱的单细胞蛋白质组学研究中的代表性方法,根据质谱分析前蛋白质分离方式的差异,将其分为基于毛细管电泳分离、液相色谱分离和无分离手段的直接检测3类方法,在介绍研究现状的同时对这些方法在细胞通量、蛋白质鉴定数目、灵敏度以及方法应用方面进行了总结与比较。最后,基于目前研究中面临的挑战以及发展趋势对基于质谱的单细胞蛋白质组学的研究前景进行了展望。     

基于质谱的蛋白质组学技术在神经退行性疾病生物标志物研究中的应用

蛋白质组学是在整体水平上研究细胞、组织或生物体蛋白质组成及变化规律的科学.与传统的生物学研究相比,蛋白质组学具有快速、灵敏、高通量的优点.神经退行性疾病是一类由神经系统内特定神经细胞的进程性病变或丢失而导致神经功能障碍的疾病,严重危害人类健康.近年来,基于质谱的蛋白质组学技术在神经退行性疾病的研究中得到了广泛应用.本文简要介绍了蛋白质组学在样品分离、多肽定量、质谱检测及生物标志物临床验证等方面的技术发展,并结合实例综述了基于质谱的蛋白质组学在神经退行性疾病生物标志物发现与验证中的研究进展.     

气相色谱-质谱法测定植物油中8种维生素E及其在芝麻油真伪鉴别方面的应用

建立了气相色谱-质谱(GC-MS)同时测定植物油中α-、β-、γ-、δ-生育酚和α-、β-、γ-、δ-生育三烯酚等8种维生素E的分析方法。植物油样品经甲醇超声提取、浓缩、定容,在分时段选择离子监测(SIM)模式下分离分析,采用外标法进行定量。结果表明,8种维生素E可实现基线分离;在0.01～1 mg/L范围内,所有目标物均呈良好线性关系,相关系数均大于0.99;检出限和定量限分别为0.03～0.25 mg/kg和0.10～0.83 mg/kg;在芝麻油中分别添加10、50和250 mg/kg 3个水平的8种维生素E进行加标试验,平均回收率为87.5%～107.4%,相对标准偏差(RSD)≤7.5%。所建立的方法简单、准确、可靠,且灵敏度高,可用于测定植物油中8种维生素E的含量。采用上述方法对芝麻油、大豆油、菜籽油、葵花籽油、花生油、玉米油和棕榈油等7种共75个植物油样品中维生素E的含量进行测定。结果显示,芝麻油与其他6种植物油中的8种维生素E的组成和含量均有显著差异性,因此该方法可作为芝麻油掺入其他植物油的特征鉴定指标。     

基于毛细管电泳-质谱联用技术的代谢/蛋白质组学分析

毛细管电泳-质谱(CE-MS)联用技术具有高灵敏度、高分析效率、低样品损耗等优点,在强极性和带电荷的物质分析中具有明显优势,已广泛应用于生命科学、医学、药学等多个领域。在过去的十几年,影响其应用的主要因素包括系统的稳定性、实验的可重复性、数据的准确性等。为解决现有问题,进一步拓展其应用,研究人员在技术设计和改进等方面做了大量工作。医学和分析化学领域的相关研究证明了CE-MS在代谢组学和蛋白质组学中的实用性。这篇文章综述了2015年以来,CE-MS在技术和应用方面的最新进展,为未来的技术发展及应用提供借鉴。为提高CE-MS的分析效率和数据可比性,该文对多个方面的研究进行了讨论,包括涂层与样品的相互作用、接口技术、运行参数和数据处理方法。文中关于复杂样品(组织、细胞、体液等)代谢组学/蛋白质组学的综述研究,使癌症病理分析、药物开发和疾病监测等分析数据更加可视化,为CE-MS临床分析应用提供借鉴。除了对CE-MS的最新发展进行综合评述外,还提出未来应加强3个方面的研究:(i)从样品前处理和分离技术方面优化分析方法;(ii)从毛细管涂层和接口技术方面调整分析技术;(iii)从临床研究和数据分析...     

蛋白质组学研究中的色谱分离技术

多维色谱-质谱技术正逐渐成为蛋白质组学研究的重要技术平台。对该技术及其应用的最新发展动态进行了综述,共引用文献59篇。     

基于多级质谱的蛋白质组定量新方法新技术进展

定量蛋白质组学已经成为蛋白质组学的一个重要分支,以生物质谱为核心的定量蛋白质组方法日益发展。按照定量所依据的质谱信号来源于一级质谱谱图还是多级质谱谱图可以将定量蛋白质组方法分为一级质谱定量和多级质谱定量。本文主要综述基于多级质谱的定量方法和技术进展,分析比较了这些方法的优缺点,并对基于多级质谱的定量方法发展进行了展望。     

定量蛋白质组学质谱采集技术进展

质谱是定量蛋白组学的主要工具。近年来随着定量蛋白质组学研究的深入,传统质谱定量技术面临着复杂基质干扰、分析通量限制等诸多问题。而最近一系列质谱新技术的发展,包括同步母离子选择( SPS)、质量亏损标记、平行反应监测(PRM)、多重累积(MSX)和多种全新数据非依赖性采集(DIA)等,为解决目前蛋白质组学在相对定量和绝对定量分析方面的局限提供了有效途径。本文对定量蛋白质组学目前遇到的瓶颈问题进行了分析,总结了质谱定量采集技术的最新进展,并评述了这些新技术的特点以及在定量蛋白质组学应用中的优势。     

基于质谱技术的食品过敏原检测方法研究进展

食品过敏原分析在食品安全领域具有重要的研究意义。质谱技术由于能够提供待分析物的化学结构信息等特点,已逐渐应用于食品过敏原等大分子检测领域,具有简单高效、高特异性、高通量和高灵敏度等优点,引起了研究者们的广泛关注。该文综述了近年来质谱技术在食品过敏原检测领域的最新研究进展情况。     

结构蛋白质组学研究进展

蛋白质结构与其生物学功能直接相关，蛋白质功能的调控也主要依赖于其构象和相互作用的动态调节。对蛋白质结构和功能的研究一直是生命科学领域的研究热点，也是当前蛋白质组学研究的重要发展方向。该综述重点讨论了近年来基于质谱的结构蛋白质组学主要分析方法的原理、进展和应用，主要包括非变性质谱法、限制性蛋白质酶切法、化学交联法、氢氘交换法、共价化学标记法、热稳定性分析法等；最后对结构蛋白质组学的发展进行了总结与展望。     

原位电离质谱技术在食品质量安全检测中的应用

原位电离质谱技术能够在常压环境下直接分析各种食品样品,无需或仅需极少的食品制备,大大提高了分析效率,已经成为一种重要的食品快速分析方法。本文对原位电离质谱的离子化技术和工作流程进行了介绍,从食品污染物检测、非法添加物筛查、食品真伪鉴别和品质评价等方面出发,综述了该技术在食品质量安全检测中的应用。讨论了其应用于食品分析领域时面临的挑战和未来发展趋势。     

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。     

基于质谱检测的相关色谱技术在阿尔茨海默病诊断中的应用

随着世界老年人口的急速增长,阿尔茨海默病发病人数也逐年增多,已成为继心脑血管疾病和恶性肿瘤之后威胁人类健康的“第三大杀手”。疾病的诊断和治疗同等重要,阿尔茨海默病诊断通常依靠典型的临床特征、神经影像技术以及检测疾病相关的生物标志物等。近些年来蛋白质组学和质谱技术迅速发展,可以利用这些技术寻找到与疾病相关的特异性的蛋白质分子作为早期诊断的生物标志物。本文就此进行了综述,主要包括基于蛋白质组学的诊断标志物的筛选和基于质谱检测的色谱技术在阿尔茨海默病诊断中的应用,引用文献34篇。     

液相色谱-高分辨质谱联用技术在食品欺诈检测鉴别中的应用

针对我国现阶段较为突出的违法使用农兽药、滥用食品添加剂、非法添加非食用物质和掺杂使假等食品欺诈问题,综述了近5年来液相色谱-高分辨质谱联用技术在该领域的应用情况。重点介绍了高分辨质谱,主要是飞行时间质谱和静电场轨道阱质谱技术的定向筛查和非定向筛查功能在食品欺诈检测鉴别中的应用,以期为解决该类食品安全问题提供有益的参考。     

Applications of MALDI-MS/MS-Based Proteomics in Biomedical Research

Matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) mass spectrometry (MS) is one of the most widely used techniques in proteomics to achieve structural identification and characterization of proteins and peptides, including their variety of proteoforms due to post-translational modifications (PTMs) or protein–protein interactions (PPIs). MALDI-MS and MALDI tandem mass spectrometry (MS/MS) have been developed as analytical techniques to study small and large molecules, offering picomole to femtomole sensitivity and enabling the direct analysis of biological samples, such as biofluids, solid tissues, tissue/cell homogenates, and cell culture lysates, with a minimized procedure of sample preparation. In the last decades, structural identification of peptides and proteins achieved by MALDI-MS/MS helped researchers and clinicians to decipher molecular function, biological process, cellular component, and related pathways of the gene products as well as their involvement in pathogenesis of diseases. In this review, we highlight the applications of MALDI ionization source and tandem approaches for MS for analyzing biomedical relevant peptides and proteins. Furthermore, one of the most relevant applications of MALDI-MS/MS is to provide “molecular pictures”, which offer in situ information about molecular weight proteins without labeling of potential targets. Histology-directed MALDI-mass spectrometry imaging (MSI) uses MALDI-ToF/ToF or other MALDI tandem mass spectrometers for accurate sequence analysis of peptide biomarkers and biological active compounds directly in tissues, to assure complementary and essential spatial data compared with those obtained by LC-ESI-MS/MS technique.