磷酸多肽的纳米材料富集及常压敞开式质谱分析的新方法研究

With the development of proteomics, more and more attention has been paid to the post-translation modification of proteins. Protein phosphorylation is one of the most important mechanisms to regulate cellular processes such as gene expression and membrane transport. Owing to its highly dynamic nature and low stoichiometry, an enrichment method is required for the MS analysis of protein phosphorylations, which decreases complexity of the samples and increases the detection sensitivity for low abundant phosphoproteins. Our previous data indicates that Chitosan-GMA-IDA-Fe (III), a novel multifunctional nanosphere, exhibits highly specific enrichment of phosphopeptides. With the introduction of a series ambient ionization methods, which allow samples to be directly ionized in the open environment and introduced into the mass spectrometer without the need for sample pretreatment, MS analysis becomes amenable to high-throughput analyses in ambient environment. In this project, by taking the advantages of Chitosan-GMA-IDA-Fe (III) and desorption electrospray ionization (DESI), an ambient ionization method, we plan to develop a rapid, simple and reliable analytical method for specific detection of phosphorylated protein and identification of phosphorylation sites.

随着蛋白质组学的发展，对蛋白质翻译后修饰的研究受到人们越来越多的重视。蛋白磷酸化是一种最重要的蛋白翻译后修饰，它调控着诸多基本的细胞过程，比如基因表达、信号传导和蛋白降解等过程。因此磷酸蛋白的检测和磷酸化位点的确定对于开发新的药物靶点和了解疾病机理具有重要意义。由于体系中磷酸蛋白的数量和蛋白磷酸化程度相对较低，一般磷酸蛋白在质谱分析前要先经过富集过程。本项目前期研究发现Chitosan-GMA-IDA-Fe (III)纳米材料对于磷酸蛋白有高特异性的捕获能力。本项目以生物兼容性好的壳聚糖类纳米微球为富集手段，以方便快速的常压敞开式质谱为分析工具，来研究对磷酸多肽的选择性检测和鉴定。本项目期望通过DESI及reactive DESI分析模式的摸索，开发一种快速方便的磷酸多肽的富集检测方法，为理解蛋白磷酸化在重要的生化路径上起到的作用提供新线索。

本项目我们建立了基于液质联用的代谢组学质谱平台，建立了一系列相关的检测方法，包括非靶向代谢组学检测方法和靶向代谢组学检测方法，并将之应用于小鼠模型和临床样品。在非靶向代谢组学方面，我们利用Q Exactive高分辨质谱仪开发建立了非靶向脂质成分和亲水成分两套检测方法，并将之应用于大动脉炎、非小细胞肺癌、类风湿等临床病人，寻找病人血液中的诊断性指标、活动性指标和药效评价指标。在靶向代谢组学方面，我们利用QTRAP 6500三重四级杆质谱仪开发建立了一系列靶向检测各类代谢物的方法，如脂肪酸类、神经酰胺类、神经甾体类、氧化三甲胺（TMAO）相关物质、肉碱及酰基肉碱类、溶血磷脂酰胆碱类、鞘酯类、激素类物质（前列腺素、雌激素、睾酮）、亲水类物质（氨基丙酸、谷氨酰胺、beta羟基丁酸、丙酮酸、alpha酮戊二酸、苹果酸、鸟苷、尿苷、肌苷、葡萄糖6磷酸、甘氨酸、胸腺嘧啶、GABA、谷氨酸、多巴胺、葡萄糖）等。并将该靶向方法应用于动物模型，如分析抗生素喂养的小鼠血液中氧化三甲胺（TMAO）相关物质的浓度水平、检测手术组大鼠各个脑区中神经甾体类物质的浓度水平等。本项目建立的质谱方法为今后深入研究相关领域提供了有力工具，我们以此为契机建立完善的代谢组学质谱平台将对基于液质联用的代谢组学在国内的普及发挥重要作用，对科研成果的转化产生深远影响。