一种基于疏水基团标记和反相色谱分离的富集策略及其在含赖氨酸多肽分析中的应用

赖氨酸(K)已被广泛用于靶向赖氨酸的交联剂设计、蛋白质复合物的结构解析以及蛋白质-蛋白质相互作用等研究领域。在基于液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)联用技术的“鸟枪法”蛋白质组学研究中,复杂生物样品中的蛋白质被酶切成上万条肽段,为直接分析含有K的肽段带来了巨大挑战。鉴于目前缺乏针对含K多肽的有效富集方法,本工作发展了一种基于疏水标记试剂C10-S-S-NHS和反相色谱分离的方法(简称HYTARP),实现对复杂样品中含K多肽的高效富集和鉴定。合成的C10-S-S-NHS试剂可以高效标记含不同数目K的标准肽段,且对HeLa细胞蛋白酶解肽段的标记效率高达96%。通过考察标记肽段在反相色谱中的保留行为,发现大部分被标记的含K肽段在流动相中乙腈比例升高至约57.6%(v/v)时开始洗脱。进一步优化色谱洗脱梯度,发现阶梯式洗脱能够实现对复杂样品酶解肽段中标记的K肽段的高效分离和富集。富集后样品中含K肽段的占比>90%,较富集前提高了35%。富集的含K肽段对应蛋白质的丰度动态范围跨越了5~6个数量级,实现了对复杂样品中低丰度蛋白质的鉴定。综上,本工作发展的HYTARP策略为降低样品复杂度、提高含K肽段及低丰度蛋白质的鉴定覆盖率提供了一种简单、高效的方法。

尿中挥发性有机物作为肺癌诊断生物标志物的研究进展

肺癌是世界范围内最常见的恶性肿瘤之一,早期的诊断对患者的治疗和预后至关重要。近年来,代谢组学中尿液挥发性有机物作为肺癌的潜在诊断标志物备受关注。该综述旨在总结近年来采用质谱技术检测的尿中挥发性有机物作为肺癌诊断标志物的研究进展,并探讨其潜在应用前景。

蛋白质N-磷酸化修饰富集方法进展

蛋白质磷酸化作为一种最普遍和最重要的翻译后修饰调控着几乎所有的生命过程。随着高效富集方法和生物质谱技术的快速发展,低丰度的蛋白质O-磷酸化修饰获得了规模化鉴定,从而使其生物学功能得到较为透彻的研究。而发生在组氨酸、赖氨酸和精氨酸侧链氨基的N-磷酸化修饰,由于P-N键化学稳定性差,导致其在酸和热条件下不稳定。而目前依赖酸性条件的O-磷酸化富集方法难以适用N-磷酸化富集,导致蛋白质N-磷酸化生物功能研究严重滞后。因此,迫切需要发展针对蛋白质N-磷酸化的高效富集方法。本文首先介绍了蛋白质N-磷酸化的结构特征和已报道的生物学功能,重点综述并分析了近20年来蛋白质N-磷酸化修饰富集方法,并对每一种富集方法的优缺点进行了评述,最后对潜在的富集方法进行了展望。

基于真空紫外灯的光电离质谱在催化反应过程监测中的应用

催化反应机理研究是一个关键且极具挑战性的课题。在线监测催化反应过程中反应物、中间体和产物,可为复杂的催化反应网络、反应路径和反应动力学研究提供证据。真空紫外光电离质谱(VUV-PIMS)具有软电离、高灵敏度的优势,已成为备受关注的催化反应实时在线监测技术。本文综述了VUV-PIMS技术的发展情况,特别是基于真空紫外灯的光电离源研究进展,介绍了其在催化反应过程中稳定产物和活性中间体实时在线监测方面的最新应用,并针对催化反应过程精准表征的需求,对VUV-PIMS未来的发展趋势进行展望。

短链氯化石蜡对人体正常肝细胞的代谢干扰

短链氯化石蜡(SCCPs)是一类新兴的持久性有机污染物,广泛存在于环境基质和人体样本中。SCCPs具有环境持久性以及远距离迁移能力,能够在生物体内积累并具有广泛的生物毒性效应,威胁着人类健康。本研究采用代谢组学方法评估了低剂量组(1μg/L)、中剂量组(10μg/L)以及高剂量组(100μg/L)的SCCPs暴露对人体正常肝细胞L02的代谢干扰。主成分分析(PCA)与代谢扰乱水平指数(MELI)计算结果表明3个剂量组的SCCPs均能够引起L02细胞代谢活动的紊乱。在3个暴露组中,72个差异代谢物经二级质谱图信息定性或标准品验证。其中,1μg/L SCCPs暴露组与10μg/L SCCPs暴露组、100μg/L SCCPs暴露组分别有33个、36个相同的差异代谢物。10μg/L SCCPs暴露组与100μg/L SCCPs暴露组有46个相同的差异代谢物。3个暴露组有33个相同的差异代谢物。在72个经二级质谱图信息定性或标准品验证的差异代谢物中,参与氨基酸代谢、核苷酸代谢和脂质代谢通路的差异代谢物分别有9、9以及45个。富集通路分析结果表明:SCCPs对L02细胞的代谢干扰主要表现在脂质代谢、脂肪酸β氧化以及核苷酸代谢通路上,且中、高剂量的SCCPs暴露引起更广泛的代谢通路的紊乱。SCCPs暴露干扰了甘油磷脂以及鞘脂类的代谢通路,其中,磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺以及鞘磷脂丰度的显著变化表明SCCPs暴露对细胞的生物膜有一定的损伤。同时,SCCPs暴露通过降低短链和中链酰基肉碱的含量抑制L02细胞中脂肪酸β氧化,提示细胞通过氧化脂肪酸供能减少。值得注意的是,与中剂量和低剂量SCCPs相比,高剂量的SCCPs暴露对脂肪酸β氧化的抑制作用更强。此外,SCCPs暴露诱导了核苷酸代谢通路的紊乱。次黄嘌呤水平显著升高提示SCCPs暴露可能诱导了L02细胞的缺氧、活性氧增多或者致癌等相关不良效应。

定量磷酸化蛋白质组解析17β-雌二醇致死效应的细胞调控过程

17β-雌二醇(E2)是人体内一种重要的内分泌激素,在生理浓度下(0.2~1.0 nmol/L)对生殖系统、乳腺等靶器官的生长发育起着重要的调节作用。但很多研究表明,高剂量(μmol/L~mmol/L)的E2能够诱导肿瘤组织消退和细胞凋亡,其具体调控机制尚不明确。本工作聚焦于高剂量(μmol/L)的E2致死效应,首先分析了μmol/L水平的E2对HeLa细胞表型的影响,发现在1~10μmol/L下E2以浓度依赖的形式抑制HeLa细胞增殖,并诱导HeLa细胞发生死亡,其中,用5μmol/L E2处理2天后可使约74%的HeLa细胞增殖受到抑制,并引起约50%的HeLa细胞死亡。在此基础上,为了探究高剂量E2诱导细胞死亡的内在调控过程,将基于固相萃取(SPE)的固定化钛离子亲和色谱技术(Ti 4+-IMAC)与基于数据非依赖采集模式(DIA)的蛋白质组定量技术结合,用于筛选HeLa细胞内参与高剂量(μmol/L)E2致死效应调控过程的磷酸化位点。最终,在5μmol/L E2和二甲基亚砜(DMSO)处理的HeLa细胞中共鉴定到超过10000个磷酸化位点;t检验分析发现,在E2处理后,有924个磷酸化位点(对应599个蛋白质)的丰度发生了显著变化(显著性水平(p)<0.01,|log 2(倍数变化)|≥1),推测其可能参与调控E2致死效应过程。此外,有453个磷酸化位点(对应325个蛋白质)仅单独发生在E2或DMSO处理后的HeLa细胞样品中,表明这些磷酸化位点在E2处理后发生了磷酸化或去磷酸化,也可能参与E2致死效应的调控过程。分别对以上两种方式筛选的E2调控的磷酸化蛋白质进行富集分析,发现这些磷酸化蛋白质主要参与细胞分裂、核糖体/核质转运、信使核糖核酸(mRNA)加工/剪接及转录等过程,表明高剂量的E2可能通过调控核糖体及mRNA加工等过程影响蛋白质转录,进而诱导细胞发生死亡。此外,我们发现表皮生长因子受体(EGFR)和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族蛋白(包括MAPK1、MAPK4和MAPK14)上多个磷酸化位点的修饰水平在高剂量E2处理后发生了明显变化,表明EGFR和MAPK信号通路可能在雌激素诱导的细胞死亡中起着重要调控作用。本实验得到的磷酸化蛋白质组定量结果有助于进一步了解高剂量E2的内在调控过程,为后续解析高剂量E2的作用机制及疾病的治疗提供了参考。

亲水作用色谱固定相及其在中药分离中的应用

亲水作用色谱(HILIC)作为一种分离极性化合物的液相色谱模式,近年来越来越受到关注和重视。一方面是因为强极性化合物的分离问题引起了各个研究领域的重视,如药物分析、代谢组学、蛋白质组学等研究领域都不同程度地涉及强极性化合物的分离问题;另一方面是由于HILIC具有流动相组成简单、分离效率较高、与质谱兼容以及反压较低等优势。固定相是HILIC发展和应用的基础,本文主要从固定相分子结构的角度对HILIC固定相的结构特征、保留特性以及应用概况等进行了综述。对传统正相色谱固定相用于HILIC以及专门设计的HILIC固定相进行了介绍,评述了各自的优缺点和应用概况;对近年来HILIC固定相在中药分离中的应用进行了介绍;并对HILIC固定相的发展进行了展望。

非变性质谱和紫外激光解离在蛋白质结构和相互作用分析中的应用

蛋白质结构及相互作用的动态变化与其生物学功能密切相关,对蛋白质结构及相互作用进行精准探测和分析面临着巨大挑战。非变性质谱(nMS)是一种能够在近生理条件下将蛋白质及其复合物通过电喷雾离子化引入气相离子并进行质谱分析的方法。通过直接测定溶液中蛋白质及其复合物的组成或整合多种质谱解离技术,nMS可获取蛋白质及其复合物的计量关系、组装形式、解离常数、构象变化、结合界面及作用位点等关键信息,以揭示蛋白质相互作用与生物学功能之间的关系。紫外激光解离(UVPD)技术,特别是采用了193 nm准分子激光的UVPD是近年来迅速发展起来的质谱解离技术,其可以高效解离非变性蛋白质骨架,并保留碎片离子中的氢键等非共价相互作用力,从而实现单氨基酸位点分辨的蛋白质动态结构和相互作用质谱解析。本综述主要介绍了nMS和UVPD技术在蛋白质动态结构和相互作用分析中的应用和最新进展,包括由位点突变及配体结合等引起的蛋白质动态结构和相互作用变化,最后对蛋白质nMS表征的未来发展方向做出了展望。

基于色谱-质谱联用的暴露组学分析方法和研究范式的新进展

人类疾病的发生、发展受环境因素和遗传因素的共同影响,仅从遗传基因角度开展研究,不能有效地揭示疾病的发生机制,因而近年来环境因素对疾病发生、发展的影响受到了学界的广泛关注。暴露组学关注个体一生中所有暴露因素的测量,以及这些暴露因素与疾病建立联系的机制,为推动人类健康与环境因素之间的关系研究提供了新思路。由于外源性化学物质具有数量众多、理化性质各异、在体内含量极低等特性,对其进行测量会面临诸多挑战。基于色谱-质谱联用的暴露组分析技术兼具色谱的高效分离能力和质谱的高分辨率、高灵敏度特性,可以实现暴露组的高覆盖、高通量、高灵敏度检测,已成为暴露组学研究的主要分析技术。基于色谱-质谱联用的暴露组学分析方法主要包括靶向定量分析、可疑物筛查和非靶向筛查。除此之外,为了探究环境暴露与疾病发生、发展的关系,研究者发展了包括暴露组关联研究、混合暴露研究以及暴露组学与多组学(基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学)关联研究等的多种研究范式,这些方法的出现为暴露组学研究带来了空前的发展前景。本文综述了基于色谱-质谱联用技术的暴露组学分析方法和暴露组学研究范式,并对暴露组学的未来发展进行了展望。

基于质谱的单细胞分析技术研究新进展

细胞是生物体最基本的结构和功能单位。近年来,人们对细胞异质性的关注越来越多。为了分析细胞的这种异质性,避免单细胞信息被群体细胞的平均值所淹没,单细胞分析技术不断发展起来。由于单细胞的体积小,内含物质含量低且种类繁多,某些物质在细胞内的变化迅速,分析过程中不同物质之间相互干扰,造成了单细胞分析极具挑战性。基于质谱的单细胞分析技术具有通用性强、无需标记、高灵敏度、高分辨率、高选择性的优点,已逐渐在单细胞分析技术中脱颖而出,成为单细胞分析的理想工具。本文系统地总结了近5年来基于质谱的单细胞分析技术的最新进展,包括电喷雾电离质谱、激光解吸电离质谱、二次离子质谱、电感耦合等离子体质谱,并对未来的研究和技术方向进行展望,希望为单细胞质谱分析技术的研究提供参考。

近年中国色谱研究进展

20世纪末至今,是中国色谱学科全面快速发展的重要时期。伴随着生命科学、材料科学、能源科学、环境科学等学科的不断发展,特别是功能基因组学、蛋白质组学、代谢组学和糖组学等组学研究的兴起,色谱学科得到了更加密切的关注和更加广泛的运用,我国色谱工作者也在上述方面取得了显著的成绩,一些研究成果在国际上具有一定的影响力。本文对近年来我国色谱工作者在色谱基础理论、分离分析方法与技术、新型色谱柱和富集材料、新型色谱分析仪器设备以及相关开发与应用等方面的一些典型工作进行介绍。

正相液相-气相-质谱联用技术分离分析金银花挥发油化学成分

采用离线正相色谱-气相色谱(NPLC-GC)联用技术对山东郑城镇金银花挥发油进行了良好的分离,并采用气相色谱/四极杆质谱(GC/qMS)和气相色谱/正交加速飞行时间质谱(GC/oaTOFMS)对其进行了联合定性。基于NPLC-GC强大的分离功能,结合GC/qMS的谱库检索功能以及GC/oaTOFMS对质谱碎片离子精确的质量测定功能,成功地定性了其中的近两百个化合物。对复杂体系的良好分离是实现化合物准确定性的前提,而采用多种色谱联用定性较采用单一的联用技术具有更高的可靠性。

多维液相色谱分离技术及其在蛋白质组研究中的应用

对近年来多维液相色谱技术及其在蛋白质组学研究中的应用进行了系统综述。详细描述了由不同液相色谱模式构建的多维液相色谱系统,并介绍了其在蛋白质组表达谱、翻译后修饰、定量等方面的应用。此外,还对多维液相色谱的发展趋势和前景进行了展望。

毛细管电泳法高压快速分离分析菠菜中的水溶性维生素

在毛细管电泳法中,通过双模对接高压电源可以获得0～40kV甚至40kV以上的超高电压。本研究在40kV的超高电压下,以纯电解质水溶液为缓冲液,实现了蔬菜中通常含有的8种水溶性维生素(VB1、VB2、VB6、VC、D-泛酸钙、D-生物素、烟酸和叶酸)的快速分离及菠菜样品的定量分析。通过考察电压、缓冲溶液浓度、pH值等因素对分离的影响,确定了优化的实验条件。结果表明,在40kV高压下,采用25mmol/L硼砂-硼酸溶液缓冲液(pH8.8),菠菜中上述8种水溶性维生素在2.2min内获得了较好的基线分离。用此方法对菠菜中的水溶性维生素进行定量分析,得到了令人满意的结果。水溶性维生素的线性相关系数范围为0.998 1～0.999 9,检出限为0.2～0.3mg/L,在菠菜中的平均加标回收率为88.0%～100.6%,峰面积的相对标准偏差(RSD)为1.15%～4.13%。

矩阵热转移技术鉴定有机酸类代谢物的结合蛋白质

有机酸类代谢物在表观遗传、肿瘤发生和发展以及细胞内信号转导等方面发挥着重要作用,对这类代谢物在体内的结合蛋白质进行鉴定,将有助于从分子学层面理解和揭示它们的功能。本研究采用矩阵热转移技术(mTSA),在HeLa细胞裂解液中系统鉴定了3种有机酸类代谢物(琥珀酸、富马酸和乳酸)的结合蛋白质。首先,向细胞裂解液中加入一系列不同浓度的琥珀酸、富马酸或乳酸,在52℃下加热3 min,离心并收集上清蛋白质,进行酶解及后续质谱分析。在数据非依赖性采集(DIA)模式下,本研究在琥珀酸、富马酸和乳酸的mTSA实验中分别鉴定到5870、5744和5816个蛋白质;通过对蛋白质热稳定性的显著性差异值(p)和皮尔森相关系数平方值(R^(2))进行考察,该研究鉴定到了多个高可信度的有机酸类代谢物结合蛋白质。此外本研究发现,虽然富马酸和琥珀酸均能够与α-酮戊二酸依赖的双加氧酶(FTO)结合,但琥珀酸是FTO更强的竞争性抑制剂。除此之外,本研究还鉴定到了两个先前未曾报道过的乳酸结合蛋白质,即鸟氨酸转氨酶(OAT)和3-巯基丙酮酸硫转移酶(MPST),并通过溶剂诱导沉淀技术(SIP)和两种数据检验方法证明了其可信度;同时,OAT和MPST的发现有助于揭示乳酸在氨基酸合成和细胞内氧化还原平衡调节方面的重要作用。

人乳寡糖的分离分析

糖是一类重要的生命活性物质,它不仅是细胞能量代谢的源泉,还常作为信号分子参与细胞的各种活动。人乳寡糖(human milk oligosaccharides,HMOs)在人乳干物质中的含量仅次于乳糖和脂肪,高于蛋白质,对婴儿的发育和健康具有重要作用。为了更好的理解人乳寡糖的生物功能和结构的关系,对其组成和结构开展分析研究是必不可少的。对人乳寡糖进行了简要的介绍,并就其预处理方法、分离分析和结构表征方法进行了综述,以期为人乳寡糖的深入研究提供参考。

深度学习在质谱成像数据分析中的应用研究进展

质谱成像(MSI)是一种用于表征化合物空间分布特征的方法。随着采集方式的多样化发展和灵敏度等的不断提高,该方法产生的数据总量和分析复杂度呈指数增长,给数据后处理带来了诸多挑战。深度学习(DL)是一种在数据分析和图像识别中广泛应用的强大工具,对于质谱成像数据分析具有巨大潜力。本文综述了深度学习在质谱成像数据分析中的研究现状、应用进展和面临的挑战,重点涵盖数据预处理、图像重构、聚类分析和多模式融合4个核心阶段;还列举说明了深度学习与质谱成像技术相结合在肿瘤区域划分和亚型诊断等研究中的高效应用。本综述对该研究方向未来的发展趋势进行了展望,旨在促进人工智能与质谱分析更好的结合。

基于亲水作用色谱的寡糖色谱分离新进展

亲水作用色谱（HILIC）作为一种分离极性化合物的液相色谱模式，可以作为反相液相色谱的重要补充，解决极性化合物的分离问题。近几年，HILIC研究发展十分迅速，应用领域也不断拓展，其中寡糖分离是HILIC最典型的应用领域。

基于暴露组-脂质组关联研究的代谢相关脂肪性肝病血清中外源性化学物质的风险分析

代谢相关脂肪性肝病是当前常见的一种肝脏疾病,在世界范围内的患病率高达25%,严重危害人类健康并对社会造成巨大的经济负担。越来越多的研究表明慢性非传染性疾病的发生是环境暴露与遗传因素共同作用的结果,环境污染是其不可小觑的健康风险因素。为了探究环境暴露对代谢相关脂肪性肝病风险及暴露效应,本研究利用超高效液相色谱-串联质谱(UHPLC-MS/MS)的靶向暴露组学和超高效液相色谱-高分辨质谱(UHPLC-HRMS)的非靶向脂质组学技术分别分析了代谢相关脂肪性肝病患者血清中外源性化学物质的暴露特征和内源性脂质代谢物的扰动,结合暴露组-脂质组关联分析,在脂代谢水平上探究环境暴露引起的代谢相关脂肪性肝病的风险及暴露效应。研究发现,代谢相关脂肪性肝病患者体内外源性化学物质与代谢相关脂肪性肝病的风险增加有关,其中氟虫腈砜(fipronil sulphone)、马拉硫磷二羧酸(malathion dicarboxylic acid)和邻苯二甲酸单环己酯(monocyclohexyl phthalate)与单纯性脂肪肝风险呈正相关,氟虫腈砜(fipronil sulphone)、安赛蜜(acesulfame potassium)、全氟辛酸(PFOA)、全氟壬酸(PFNA)、全氟十一酸(PFUnDA)和4-羟基二苯甲酮(4-hydroxybenzophenone)以及3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸(DBPOB)与合并代谢性疾病的脂肪肝风险呈正相关。单纯性脂肪肝患者和合并代谢性疾病的脂肪肝患者的脂代谢发生了显著的改变,神经酰胺(Cer)、甘油三酯(TG)和甘油二酯(DG)显著升高,这些DG和TG的酰基碳数分别为32~40和35~60,且两者均表现为多不饱和的脂质分子的变化为主。大多数的脂质效应标志物与外源性化学物质残留呈正相关,并与疾病风险增加有关。本研究可以为环境化学物质暴露与代谢相关脂肪性肝病的关联与机制研究提供科学依据。

蛋白质分离和鉴定的新技术新方法研究进展

综述了国家重大科学研究计划"蛋白质分离和鉴定新技术新方法"课题的研究进展:高丰度蛋白质去除方面,采用强阳离子交换色谱(SCX)和反相色谱(RPLC),构建二维液相色谱分离系统;利用分子印迹技术制备高丰度蛋白质印迹聚合物.低丰度蛋白分离富集方面,采用新型功能材料磷酸化蛋白质/多肽、糖基化蛋白质/多肽、蛋白质/多肽实现对低丰度蛋白质的选择性富集.多维、多模式、阵列式的蛋白质高效分离方面,利用循环分离体积排阻色谱(csrSEC)和RPLC的联用构建多维分离系统;构建弱阴弱阳离子混合色谱-固定化酶反应器-RPLC-电喷雾质谱系统.高灵敏鉴定新技术新方法方面,发展液质联用接口技术,以中空纤维膜为根本,设计以此为核心的集成化样品预处理装置;新发展多肽衍生试剂,能够将肽段在质谱的检测灵敏度提高1—2个数量级;在靶体材料方面,采用复合核壳纳米功能靶体材料;在质谱数据处理方法方面,基于遗传算法发展筛选标准优化策略.这些新技术和新方法为蛋白质组研究提供了有效的方法.选择性吸附材料的研制为蛋白质组学研究中高丰度蛋白质去除和低丰度蛋白质富集提供了新的途径,进而避免了复杂体系对目标蛋白质鉴定的干扰.以多维、多模式、阵列式的蛋白质高效分离技术为核心构建的平台,实现了蛋白质组的高效、高通量、高可靠性分离;以液相色谱/质谱联用为核心的高灵敏鉴定的新技术新方法的发展,提高了低丰度蛋白质的质谱鉴定灵敏度和准确度.