酶活性高通量分析的有力工具

近日，南京大學(xué)鞠熀先研究組在質(zhì)譜成像分析方面取得重大進(jìn)展，相關(guān)成果“MALDIMS Patterning of Caspase Activities and Its Application in the Assessment of Drug Resistance”于4月21日在線發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed.， DOI： 10.1002/anie.201601096。

質(zhì)譜技術(shù)由于高通量和免標(biāo)記的優(yōu)勢，在酶活性分析中得到廣泛關(guān)注。然而，由于生物樣品的成分復(fù)雜，組分豐度的分布差異大，其應(yīng)用常被復(fù)雜的樣品前處理所限制。為簡化繁瑣的樣品前處理和數(shù)據(jù)分析過程，鞠熀先研究組發(fā)展了質(zhì)譜成像分析新技術(shù)，實現(xiàn)了對多種酶活性的便捷可視化分析。該工作首先需攻克質(zhì)譜成像分析尤其是通常MALDIMS檢測存在的難題，大幅度提高質(zhì)譜信號與信噪比，從而通過逐點掃描，獲得清晰的質(zhì)譜圖像。該課題組以磷脂分子修飾多肽底物，利用具有兩親特性的磷脂分子保證其在疏水玻片表面的有序組裝，構(gòu)建模擬生物膜，從而增強(qiáng)MALDI芯片的表面生物相容性，以使分析對象酶更易接近其底物，大幅度提高了質(zhì)譜信號；同時這一設(shè)計增加了酶反應(yīng)產(chǎn)物的分子量，可以避免基質(zhì)與生物樣品中雜質(zhì)的干擾，改善了檢測信噪比與質(zhì)譜分辨能力。他們以含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶家族（Caspase1， 2， 3和8）為模型，將相應(yīng)多肽底物分別與磷脂骨架的分子連接并組裝嵌插于疏水玻片表面，制備出用于酶活性檢測的陣列芯片；在目標(biāo)酶的作用下，底物被剪切產(chǎn)生質(zhì)量位移，各酶的活性通過酶切產(chǎn)物的質(zhì)荷比進(jìn)行顏色編碼，實現(xiàn)了多種酶活性的可視化與高通量定量檢測（圖1）。這一方法已成功用于細(xì)胞內(nèi)水解酶家族的抑制劑篩選和化療過程癌細(xì)胞中Caspases酶活性演化的監(jiān)測，為耐藥性細(xì)胞鑒別及抗癌藥物篩選提供了有力工具，并可方便地擴(kuò)展應(yīng)用于其它酶系統(tǒng)，為探究更多過程中酶的作用機(jī)制提供了新途徑。

鞠熀先教授為解決實際問題于2000年開始質(zhì)譜研究，建立了海洛因及其代謝物的LC/MS分析方法及鼠藥的GC/MS快速檢測方法等。2010年后，隨著生命分析化學(xué)國家重點實驗室的建立與生命科學(xué)研究的需求，該研究組將納米技術(shù)、化學(xué)衍生及化學(xué)生物學(xué)與傳統(tǒng)質(zhì)譜分析方法結(jié)合，通過功能化碳納米角、磁性碳納米管等納米材料，提出低豐度生物小分子（Chem. Eur. J.， 2013， 19： 102-108）與蛋白（Nanoscale， 2014， 6： 3150-3156）的選擇性富集手段，建立了無需另加基質(zhì)的MALDIMS檢測方法。特別是，針對阻礙MALDIMS定量分析的瓶頸，該課題組利用分子標(biāo)記實現(xiàn)了MALDI定量（Anal. Chem.， 2014， 86： 8275-8280； Anal. Chem.， 2015， 87： 4409-4414），并用于多肽和酶活性的定量檢測，創(chuàng)造性地改變了傳統(tǒng)認(rèn)識，擴(kuò)展了這一技術(shù)的應(yīng)用范圍。