劉虎威/白玉課題組在疾病生物標志物的質譜超高靈敏檢測和成像新方法方面取得重要進展
? ? ? ?作為臨床常見的生物標志物和藥物靶標，膜蛋白和聚糖等生物分子參與諸多生命活動過程，其異常表達與疾病的發(fā)生發(fā)展息息相關。因此，對體液、細胞及組織上膜蛋白和聚糖表達水平的準確、快速檢測及可視成像分析具有重要的科學意義和實用價值。常用的酶聯(lián)免疫測定以及基于熒光或電化學的方法雖然能夠滿足檢測靈敏度的要求，但存在譜帶重疊、背景干擾嚴重、標記探針數(shù)量有限而難以實現(xiàn)多目標的同時檢測等缺陷。質譜（MS）具有高質量分辨率的優(yōu)勢，可以滿足單點多目標同時檢測的需求，但基于MS的蛋白質和聚糖直接檢測也存在離子化效率低、檢測靈敏度有限的問題?？闪呀馓结樇夹g通過設計特異性的探針識別和標記目標待測物，將對系列目標待測物的檢測轉化為探針上標記的MS報告基團的檢測，通過這一信號放大過程使得檢測靈敏度大大提高。
? ? ? ?基于此，北京大學化學與分子工程學院劉虎威/白玉課題組設計合成了新型羅丹明類MS標簽，并基于此發(fā)展了膜蛋白生物標志物的超高靈敏度、高通量、多目標及操作簡便的常壓敞開式質譜（AMS）免疫分析新方法。該方法可實現(xiàn)微升級體液中或對幾十個細胞表面的疾病蛋白標志物的原位檢測，檢測靈敏度達zeptomole（zmol）水平。相關成果以“Ultrasensitive Ambient Mass Spectrometry Immunoassays: Multiplexed Detection of Proteins in Serum and on Cell Surfaces”為題在Journal of American Chemical Society雜志在線發(fā)表（DOI: 10.1021/jacs.8b10853）；此外，該課題組針對聚糖的檢測設計了雙功能激光可裂解金納米質譜探針（LCMP），其既能作為聚糖的識別和檢測探針，又可作為激光解吸附的基質，直接實現(xiàn)后續(xù)的MS檢測和成像。該探針成功用于腫瘤患者組織表面聚糖的MS成像，有望為疾病的診斷和基于MS的可視化成像提供有力的工具。相關成果以“Bifunctional cleavable probe for in-situ multiplexed glycan detection and imaging using mass spectrometry”為題在Chemical Science雜志在線發(fā)表（DOI: 10.1039/C8SC04642E）。
? ? ? ?AMS免疫分析方法示意圖及檢測流程如圖1所示。利用該分析平臺，凝血酶加標樣品的檢測限（LOD）分別為10.9 zmol（PBS）和35.1 zmol（血清）。該方法實現(xiàn)了血清樣品中CA125等生物標志物的檢測，有望用于卵巢癌和乳腺癌的早期診斷。該平臺還可實現(xiàn)低至25個細胞水平的OVCAR-3和MCF-7細胞表面的重要三種生物標志物（CA125，CEA和EpCAM）的同時、原位表達差異測定，顯示了超高的靈敏度和多目標同時檢測能力，且具有普適性和可拓展性。
圖1 常壓敞開式質譜（AMS）免疫分析方法及測定流程示意圖
? ? ? ?針對聚糖的原位檢測及MS成像分析，設計了基于凝集素識別和3種PEG類小分子MS信號分子分別標記的雙功能LCMP探針（圖2）。該探針將對聚糖的檢測轉化為對修飾的大量PEG類MS報告基團的檢測，從而克服了聚糖離子化效率低，檢測靈敏度低，譜圖解析困難等問題。所設計的識別單元適用于凝集素、抗體和核酸適配體等體系。利用上述探針對細胞表面的單糖（甘露糖、末端唾液酸和N-乙酰葡萄糖胺）開展了的原位分析，以及腫瘤患者組織表面聚糖的MS成像。成像結果直觀反映了癌組織和癌旁組織、同一組織不同病理變化和組織中不同微觀結構區(qū)域的聚糖含量變化，不僅有助于揭示各類腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中聚糖含量的變化，也有望應用于臨床診斷和腫瘤標志物篩選。
圖2 雙功能激光可裂解質譜探針的合成及其在聚糖檢測及MS成像中的應用
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? ? ? ?劉虎威/白玉課題組長期致力于復雜生物樣品的分離和檢測研究，旨在發(fā)展基于新型納米分離介質的高效樣品處理方法，基于質譜的高靈敏度、高通量、高選擇性的分析新方法以及臨床組學研究。上述論文通訊作者為白玉副教授，第一作者分別為15級博士研究生徐姝婷（J. Am. Chem. Soc，DOI: 10.1021/jacs.8b10853）和14級博士研究生馬雯（Chem. Sci，DOI: 10.1039/C8SC04642E）。研究工作得到了國家自然科學基金委和科技部國家重點研發(fā)計劃的資助。
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原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.8b10853、 https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2019/sc/c8sc04642e
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