酶活性高通量分析的有力工具

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

質譜技術由于高通量和免標記的優勢，在酶活性分析中得到廣泛關注。然而，由于生物樣品的成分復雜，組分豐度的分布差異大，其應用常被復雜的樣品前處理所限制。為簡化繁瑣的樣品前處理和數據分析過程，鞠熀先研究組發展了質譜成像分析新技術，實現了對多種酶活性的便捷可視化分析。該工作首先需攻克質譜成像分析尤其是通常MALDIMS檢測存在的難題，大幅度提高質譜信號與信噪比，從而通過逐點掃描，獲得清晰的質譜圖像。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，構建模擬生物膜，從而增強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，大幅度提高了質譜信號；同時這一設計增加了酶反應產物的分子量，可以避免基質與生物樣品中雜質的干擾，改善了檢測信噪比與質譜分辨能力。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；在目標酶的作用下，底物被剪切產生質量位移，各酶的活性通過酶切產物的質荷比進行顏色編碼，實現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胞內水解酶家族的抑制劑篩選和化療過程癌細胞中Caspases酶活性演化的監測，為耐藥性細胞鑒別及抗癌藥物篩選提供了有力工具，并可方便地擴展應用于其它酶系統，為探究更多過程中酶的作用機制提供了新途徑。

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，隨著生命分析化學國家重點實驗室的建立與生命科學研究的需求，該研究組將納米技術、化學衍生及化學生物學與傳統質譜分析方法結合，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記實現了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，創造性地改變了傳統認識，擴展了這一技術的應用范圍。