本文对近期色谱-质谱相关技术和方法学研究进展进行简略评述。由于色谱方法研究和应用领域十分广泛,涉及方方面面,本文仅简要介绍色谱、多维色谱及其与质谱联用技术在生物物质分析领域(主要是人类染色体蛋白质组、糖蛋白、磷酸化蛋白质组)的研究工作,此外还包括体积排阻色谱分离病毒颗粒、量子点、肝素方面的研究和多维气相色谱分析进展及其他亮点文章。
最近有专辑[1]报道了人类染色体蛋白质组的研究。人类染色体蛋白组计划(CHPP)的目标瞄准人类基因组编码的 19 467 个蛋白质,鉴定其中尽可能多的蛋白质。从过去的 4 年来看,该蛋白质组计划获得的蛋白质数据从 2013 年的 13 664 个逐年增加到 2016 年的16 537个高置信度蛋白质。该数据经过了严格的人类蛋白质组计划质谱数据解析标准(2. 14 版)的验证。人类基因组预测的蛋白质中,85% 已得到质谱和多重方法的确认,那些还没有得到验证的丢失蛋白质(missing proteins)仍然在持续发现之中,其中 2 663 个丢失蛋白质的线索正在通过国际数据库 PeptidesAtlas 重新分析。
糖蛋白有重要作用,例如改变蛋白质功能、调节蛋白质相互作用和蛋白质周转率,而糖链结构与疾病的发生、发展密切相关,其中非正常序列结构是疾病或癌症的关键标志物。Zhou 等[2]发展了糖蛋白的定量标记新方法,采用 aminoxy TMT(aminoxytandem mass tag)标记试剂,同时编码标记定量 6种糖链结构的糖蛋白,用 0. 2 mol/ L NaCl 溶液显着增强钠加合物的离子化效率。经过色谱分离与质谱条件的优化,作者分离检测了血清中的少量 N-糖链,确定了该方法在食管疾病中的诊断作用。
相对分子质量较大的多肽鉴定一直是一项困难的工作,由于其不能酶解、电荷少,鉴定比较困难。近期,Lin 等[3]报道了一种纳流高效液相色谱-质谱分析方法,分离鉴定高相对分子质量的糖肽。该方法发展了一种超强离子化试剂硝基苄醇(m-NBA),将其加入流动相中可显着增强相对分子质量较大的,特别是酸性糖基化肽的电离效果。含有唾液酸的糖肽提高效果尤其明显。通过对生物工程在大肠杆菌中表达的糖蛋白的分析,鉴定到的糖肽含有 98个单糖的糖链结构。验证了反相液相色谱流动相中添加 m-NBA 可有效增强糖蛋白的鉴定效果。
Shubhakar 等[4]报道了一种糖链全甲基化的高通量鉴定方法,该方法经过自动化的流程对糖链进行全甲基化处理,平均每分钟完成一个样品的分析。对免疫球蛋白(IgG4)单克隆抗体和重组人红细胞生成素(rhEPO)的分析验证了方法的可靠性。通过亲水作用色谱和超高效液相色谱分析验证了方法的准确性,其有望在药物筛选和临床标志物研究等方面获得应用。
Tanabe 等[5]开展了多岩藻糖化蛋白与肝癌的相关性研究。研究发现早期的肝癌不仅与甲胎蛋白(AFP)的异常升高相关,还与多岩藻糖化的 α-1-酸糖蛋白有密切关系。对 27 例乙肝、26 例丙肝、27 例健康志愿者血液中的糖蛋白组进行分析,采用超滤和凝集素亲和色谱处理、色谱-质谱分离鉴定,在 3万多糖肽中筛选出了 α-1-酸糖蛋白分子,该分子具有多个岩藻糖结构和四天线结构,在乙肝和丙肝导致的肝癌病人的血液样本中异常升高。
Karner 等[6]研究了黏膜炎莫拉菌,它通过膜蛋白黏附在人的呼吸道上皮细胞上,感染形成慢性阻塞性肺病和急性中耳炎等疾病。作者采用碳酸钠溶液提取外层质膜泡囊,通过纳流液相色谱、多维色谱-质谱进行分离鉴定。氨基葡萄糖糖苷(GAGs)在侵入人体细胞时发挥着关键作用,作者重点对GAGs 亲和的膜蛋白组进行了研究,发现了潜在的抗原蛋白组和疫苗结合蛋白质。同时,还发现了一批新的潜在免疫抗原蛋白质。
磷酸化蛋白在生命调控过程中的作用非常广泛,其分离鉴定研究仍然十分活跃。Zarei等[7]研究发展了基于静电排斥-亲水作用色谱(ERLIC)分离磷酸化肽的新方法。第一步,多磷酸化肽根据其负电荷多少在离子排斥-亲水作用模式下依次分离;第二步,强阳离子交换(SCX)色谱再次分离单磷酸化肽。鉴于 SCX 色谱的交换能力较强,可以分离那些单磷酸化肽和少数负电荷少的肽,使各种磷酸化肽组分得到更完全的分离和鉴定。该方法还可以通过固相萃取柱在 2 h 内实现馏分化分级。
盐和 pH 是目前离子交换色谱的主要淋洗方式,Adachi 等[8]研究开发了一种酸梯度洗脱分离磷酸化肽的新方法。作者采用 C18-SCX StageTip 为分离介质,分别对比了酸和盐梯度洗脱的效果。实验表明,采用酸梯度洗脱能从 2 mg 样品中分离鉴定到 22 000 个磷酸化肽,比传统方法获得更多的蛋白质鉴定结果,而且方法简单、成本低、易自动化、无需复杂的技术设备。
与蛋白质组研究密切相关的、多维色谱分离基础上的蛋白质谱检测定量技术得到不断发展。Ruedi Aebersold 研 究 组[9]发 展 了 SWATH-MS(sequential windowed acquisition of all theoreti-cal fragment ion mass spectra)技术,大幅提高了蛋白组分析的通量和重复性。近期,他们[9]又推出了用于蛋白质组定量的 TRIC(Transfer of Identifi-cation Confidence)软件技术。通过质谱碎片离子数据构建交叉校正方法,采用连续峰提取定量获得更加准确的定量结果。TRIC 技术能够得到更加精确的数据,校正点不超过 3 个即可解决色谱出峰过程中的浓度非均匀性问题。人诱导干细胞的蛋白组分析结果表明,不经校正即可自动分析、定量轻/ 重同位素标记的不同蛋白质组中数千种蛋白质峰对。
在定量蛋白质组研究方面的常用定量软件MaxQuant 近期又有新的技术升级[10],其中包括提供不同定量方法、控制最小假阳性率(FDRs),以及翻译后修饰(PTMs)分析等功能。该软件可以网上免费获取(http://
www.maxquant.org)。