郭忠[1]2003年在《固定化酶微反应器和混合基体应用于MALDI TOF-MS的肽谱分析和小分子分析》文中认为以各种软电离技术为手段的生物质谱的兴起标志着质谱学从近代结构和分析化学领域进入生命科学范畴。基体辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)作为生物质谱最主要的组成部分之一,由于其分析速度快、灵敏度高、适合于复杂体系分析及抗杂质干扰能力强的特点,成为当前质谱领域中的研究热点。 本论文利用熔融石英毛细管为载体,制备了共价键合及金属螯合两种蛋白质水解酶固定化微反应器。利用微反应器水解蛋白样品、质谱检测水解产物然后将所获得的肽质谱图用于蛋白质数据库检索,从而建立了微量蛋白质的快速结构分析和鉴定方法。实验表明这种方法可以对低达9 fmol的蛋白质进行鉴定。 针对常规光谱法测定酶微量反应困难的问题,采用MALDI TOF-MS质谱方法来表征固定化毛细管微反应器酶的活性。以精氨酸及N_α-苯甲氧羰基-L-精氨酸为内标物首先考察了MALDI质谱定量分析能力,同时通过对质谱法和常规分光光度法测定胰蛋白酶活性的比较,验证了质谱方法的可行性。进而对固定化酶的最适反应pH值、温度、稳定性等性质进行考察,并测定出其反应动力学常数K_m。 针对MALDI分析小分子时常规有机基体信号干扰问题,提出利用在常规基体中加入表面活性剂以抑制基体信号的新方法,成功地进行了低分子量化合物的分析。考察了表面活性剂与基体浓度的比例对质谱分析结果的影响,并对离子化机理进行推测,同时应用这种方法对氨基酸、多肽和药物等小分子进行了分析。此外还考察了该方法定量分析的可行性。
郭维超[2]2011年在《基于多孔材料的蛋白质酶解和富集研究》文中研究表明随着人类基因组计划的逐步完成,科学家们又提出了后基因组计划,以进-步探索基因组学难以回答的问题,蛋白质组(proteome)学研究作为后基因组计划的重要组成亦逐渐成为了21世纪科学发展的前沿。纳米材料由于其尺寸匹配、高孔容、结构和性能可调等特性,已被广泛应用于生物大分子的研究,并发挥了重要的作用。本论文以基质辅助激光解析质谱技术和多孔纳米材料为基础,发展了基于功能多孔材料的蛋白质组学研究的新技术和新方法,有效解决了低丰度蛋白难以鉴定、常规酶解方法效率低等蛋白质组学研究中的问题。本论文的内容主要包括:基于二氧化钛修饰的介孔材料对多磷酸肽的选择性富集鉴定研究、基于大孔氧化硅泡沫材料的蛋白质快速酶解技术以及生物质谱组织成像中的酶解技术研究。论文第一章回顾了生物质谱技术、蛋白质组学、纳米材料等的发展概况,对贯穿全文的基础概念和技术路线进行了详细阐述;同时对生物质谱技术和纳米材料应用于蛋白质组学研究的热点和难点进行了讨论,其中主要关注了蛋白质组研究中的后修饰问题、酶解技术和生物质谱成像等问题,并对这些研究领域的意义、现状、难点和发展前景进行了阐述。第二章中,我们发展了基于二氧化钛修饰的介孔材料对多磷酸化肽段的高效选择性富集、鉴定技术,不同于常用的商业化富集材料,本论文中,‘我们利用TiO2对磷酸化肽的选择性吸附作用和介孔材料特殊空间结构所形成的对多磷酸肽的动力学及热力学吸附效应,并结合具有高灵敏度和精确性的MALDI-TOF-MS技术,成功地实现了对混合溶液中多磷酸化肽的选择性富集和高灵敏度分析鉴定,与其它常用方法相比,分析性能得到明显地提高,可实现低浓度磷酸化肽段的选择性富集和鉴定。论文第叁章,在本课题组此前相关研究的基础上,我们以大孔氧化硅泡沫材料MOSF (100nm)为基体,发展出了一种更为高效、便捷的固定化酶纳米限域快速酶解反应技术。通过事先把酶固定于材料上,形成了固定化酶微纳反应器,将该酶反应器直接添加到蛋白质酶解反应体系中,以实现纳米限域的快速酶解反应;由于酶被预先吸附在了材料中,减少了酶分子自身的反应碰撞,更有效避免了酶自降解,同时提升了酶解效率。通过对酶解时间、负载酶量、酶活力稳定性、干扰物对酶解的影响等参数进行优化,并从动力学角度将其与其它介孔材料的固定化酶反应器进行了对比,全面评价和考察了该技术和方法。最后,我们将该固定化酶微纳反应器用于实际样品鉴定,并与常规酶解方法鉴定出来的蛋白进行对比,进一步验证了该方法的高效性和用于实际样品的可行性。论文的第四章,我们将上述快速酶解技术应用于生物质谱组织成像研究,取得了初步的结果。生物质谱组织成像技术是现今蛋白质组学研究中新兴热点,由于组织切片中蛋白成分复杂、种类繁多、稳定性不足,因此如何在维持组织上蛋白信息的完整性、空间信息准确性的同时,对组织中蛋白成分进行有效鉴定,是该项技术要解决的难点和关键,原位酶解技术是其中的关键技术之一。本课题组将此前发展出的快速酶解技术应用于组织切片的原位酶解和鉴定,取得了一定效果。相信随着更多难点的研究和不断破解,我们必将在生物质谱组织成像技术的发展上取得更多进步。
单喆[3]2006年在《大孔径新型介孔材料用于生物质谱基质及蛋白分子特异性富集和酶解载体的研究》文中提出本论文工作的主要贡献是研究了多种不同的新型无机介孔材料在生物质谱以及蛋白分子特异性富集和快速酶解技术中的首次应用,对将生物分析科学与介孔材料科学领域的结合进行了探索性的研究,具有一定的理论和现实意义。生物质谱在最近的20多年间得到了迅猛的发展。由于其信号检测灵敏、速度快以及种类多样化的优点,生物质谱已经成为生物分析领域中最前沿研究如蛋白组学研究的支撑技术。其中,以基质辅助激光解吸(MALDI)为离子化方法、以飞行时间(TOF)为质量分析器的生物质谱,具有良好的质量精度、分辨率和灵敏度,且操作简便,常常被用于分子量大于500的肽段测定和通过肽质量指纹谱(PMF)进行蛋白鉴定。另一方面,实际的生物分析样品大多是组成复杂的混合物,在进行生物质谱测定之前需要进行分离、富集等处理;在进行肽段分析之前,蛋白样品也需进行彻底的酶解反应。目前,随着低丰度的后修饰蛋白的深入研究和以小分子为对象的代谢组学的兴起,进一步发展生物质谱技术对于小分子样品的分析、低丰度蛋白的富集和快速酶解新技术显得尤为重要。自90年代初,介孔材料MCM-41首次被合成以来,介孔材料的制备方法得到了不断的完善,已日趋成熟,这使得介孔材料的种类和结构也得到不断地创新和突破。新型的介孔材料具有不同的组成、较高的比表面积、较大的孔径、开放的孔道等特点,在吸附、催化、光学和电子器件等方面有着潜在的应用前景。目前,如何将合成的介孔材料投入到实际应用中去是材料学家们思考的焦点问题,尤其是随着介孔材料对生物分子吸附行为的不断研究,与生物分子具有相融性的介孔材料在生物技术中的应用越来越引起人们的关注。同时,将介孔材料应用到生物技术中也为解决现存的生物分离、分析技术问题提供了新的切入点。本论文工作共包括以下叁个部分:第一部分介孔MALD工基质的研究有机基质的引入使得MALDI质谱在生物分子的分析领域中取得了成功而广泛的应用。但同时有机基质本身也存在着一些不可避免的问题,如低分子量范围内的复杂背景的存在严重影响了小分子样品的测量,有机基质的MALDI对生物样品中的共存金属盐的耐受度也很有限,盐对质谱信号的抑制作用明显。无机材料作为MALDI基质的研究一直受到关注,尤其是近几年,无机基质的灵敏度和产生的谱图效果都有了进一步的提高。本论文研究了介孔材料作为无机基质在质谱中的应用。实验结果发现,不同组分的介孔材料对分析物的电离能力表现出极大差异,材料对样品的电离能力与其紫外吸收趋势相一致,即紫外吸收越强,电离能力越强。以紫外吸收强的氧化钛一氧化铈混合氧化物(CeTi0)为基质检测低皮摩尔级浓度的聚丙酸甘油(PPG),可以得到信噪比良好的谱图,这相对于已有文献所报道的纳摩尔级检测水平有了很大的提高。以标准的环十肽Gramicidin S为样品分别测试了四种具有不同孔结构的氧化钛-氧化钨混合氧化物(WTi0)作为MALDI基质时的质谱信号,发现以有序介孔材料作为基质解吸得到的样品离子强度明显高于无孔和无序介孔材料,其原因可能是有序介孔结构既为吸附生物分子提供了高的比表面积,同时又有利于样品分子的解吸过程。利用有序介孔基质成功地检测到低分子量小肽,弥补了有机基质的弱点。相对于有机基质,介孔材料也显示出极好的耐盐性,样品溶液中共存的钾盐成份并没有抑制肽信号的检测,相反地,可以有效地提升样品的信号强度。在优化了的样品制备条件下,有序介孔基质对复杂的马心肌红蛋白的酶解肽段进行检测,并利用PMF方法成功完成蛋白鉴定:同时选择了较短的酶解肽段HKIPIK进行了有效的串级质谱分析。本部分的研究显示有序介孔无机基质有望在小分子(如药物分子)和生物短肽的MALDI-TOFMS分析中得到广泛的应用。第二部分介孔氧化铁对生物分子的特异性富集磷酸化修饰是蛋白组学中蛋白翻译后修饰研究的重要内容。由于磷酸化蛋白质在生物体内的含量很低,以及磷酸肽在正离子模式质谱中的离子化效率较低,所以在对它的质谱检测和位点分析之前需要进行富集、分离预处理。目前最广泛采用的磷酸化肽段富集技术是固定金属亲和色谱法(IMAC),此方法中,键合在螯合底物上的金属离子(通常是Fe~(3+)或Ga~(3+))选择性地与磷酸化肽相结合,并且在高pH或磷酸缓冲液中可以释放出磷酸化肽,从而实现其与非磷酸化肽的分离。但该方法操作复杂,混合液中含有带较多酸性残基的肽段时的亲和选择性较低,虽然利用其螯合铁填料直接点样进行质谱检测可以简化操作,但对多磷酸化肽段具有一定的歧视效应。本论文发展了一种利用介孔氧化铁对磷酸化肽段进行富集分离、直接进行靶上点样分析的简易新方法。首先利用尿素和甲醛的缩聚来诱导氢氧化铁溶胶粒子间的聚集、高温焙烧获得晶化了的大孔径氧化铁微球材料,然后将大孔径氧化铁微球材料用于磷酸化肽段的富集分离。通过一系列的富集条件优化实验,选择在含有30%乙腈、0.1%乙酸的溶液中进行氧化铁微球分别对非磷酸化和磷酸化磷蛋白混合物、磷酸化蛋白混合物的酶解肽液中的磷酸化肽段进行的选择性亲和吸附,离心、去上层清液后,利用pH值为10的氨水溶液重新分散氧化铁沉淀,将所得氧化铁颗粒悬浮液直接点样后进行质谱分析,结果显示出介孔氧化铁对磷酸化肽段具有快速、有效的富集分离能力。与传统IMAC方法相比较,介孔氧化铁富集技术步骤简单,具有更高的亲和选择性。而且,这种直接点样的方法对多位点的磷酸化肽段也能够实现有效的富集、检测。同时,通过与商品化无孔的纳米氧化铁材料富集效果的比较,证明介孔氧化铁的介孔表面在高效的磷酸化肽段富集中发挥了重要的作用。第叁部分介孔材料在蛋白酶解中的应用胰蛋白酶酶解反应是蛋白组学研究中利用质谱进行蛋白鉴定之前所必需的关键步骤。目前,蛋白组学研究中最普遍的蛋白质酶解方法包括胶上酶解和溶液酶解,但这两种酶解方法都需要较长的反应时间(数小时至过夜),一定程度地限制了蛋白组学研究中蛋白分析的快速、高通量要求,而固定化酶技术可以极大地提高酶解速度到秒级。本论文利用大孔径硅质介孔泡沫材料(MCF)作为酶固定化材料以及毛细管柱填料,对蛋白柱上酶解进行初步探索。通过蛋白自动进样系统,溶解在碳酸缓冲液中的标准马心肌红蛋白,在以纯水为流动相的条件下,经过装有已固定蛋白酶的二氧化硅介孔泡沫填料的毛细管柱,流出液直接点靶板进行质谱分析,结果表明该酶解技术方法快速、高效,在秒级的酶解反应时间内,酶解肽段覆盖率达95.42%,远远高于相同时间内传统溶液酶解所得肽段的覆盖率(26.79%)。而用孔径较小的SBA-15作载体的毛细管柱酶反应器所得的酶解肽段覆盖率仅为22.22%,原因可能是介孔泡沫的超大孔径能够保证蛋白在柱中已吸附有蛋白酶的介孔孔道里自由扩散,大大增加了蛋白与酶的接触机率,从而提高了酶解效率。利用大孔径MCF材料填充的毛细管柱酶反应器还具有可在常温下进行酶解、可重复使用、酶活性持久的优点。另外,在MALDI靶板上也可以实现蛋白的快速酶解。本论文考察了多种介孔材料(包括FUU-12、SBA-15和WTi0)对靶上酶解效率的影响,实验结果表明,在靶板上加入适量的介孔材料可以有效地提高酶解效率。而结构相近的SBA-15和wTi0对靶上酶解效率提升的程度不同,SBA-15的提升程度相对地小一些,原因可能是WTi0的MALDI基质特征有利于酶解产物从材料表面的解吸。
雷政登[4]2001年在《强阴离子交换毛细管电色谱和毛细管金属螯合酶反应器》文中提出毛细管电色谱是新近发展起来的一种高效的微分离技术,它结合了毛细管电泳电渗流驱动的高效性与高效液相色谱溶质分离的高选择性,成为九十年代以后分离科学的研究热点。 本文对酸性样品在强阴离子交换毛细管电色谱中的保留行为进行了研究。考察了样品在固定相上的吸附、电压、电解质离子浓度对保留的影响。并对样品在强阴离子交换毛细管电色谱和毛细管区带电泳的不同的保留行为进行了讨论。 以石英毛细管作为载体,制备了一种金属螯合型酶解微反应器,适用于微量蛋白质样品的酶解,与MALDI-TOF-MS联用可以得到蛋白质的肽谱信息,将所得到的肽质谱图用于蛋白质数据库检索,可以确定各肽段在蛋白质中的位置。 在制备金属螫合型酶解微反应器过程中,针对毛细管作为载体的特点,摸索出了一条比较好的合成路径。对反应器的一些性质进行了考察。该反应器体积小,可用于蛋白质的痕量分析,并且易于保存和再生。
谭斌斌[5]2014年在《基于代谢组学和糖组学技术的结直肠癌研究》文中研究说明结直肠癌(Colorectal cancer,CRC)是一种常见的消化系统恶性肿瘤,严重威胁着人类健康。在我国,结直肠癌的发病率和死亡率正逐年增加,且呈年轻化趋势。结直肠癌的发生发展是一个多因素、多步骤的过程,发病机制尚不完全清楚。目前CRC病人5年存活率仍低于60%,临床疗效评价及预后监控还有待进一步改善。因此,发展简单、可行的结直肠癌诊断及监控方法是提高CRC病人生存率亟待解决的关键问题。随着“人类基因组计划”的实施和完成,人类对生命活动的研究进入了系统生物学时代。代谢组学作为一门迅速崛起的系统生物学分支,通过研究机体在不同生理病理状态下所产生的代谢产物变化规律来揭示疾病相关的代谢本质,在癌症研究领域展现出巨大的发展潜力。糖链作为重要的生物信息分子,在生命过程中的作用越来越受到人们重视,应运而生的糖组学为全面理解癌症的发病机制提供了新的思路和视野。鉴于“组学技术”全面系统的研究策略和优势,本研究以结直肠癌为研究对象,第一部分利用色谱-质谱联用的代谢组学技术平台,对CRC病人的血清代谢谱进行了代谢组学分析,对所筛选到的疾病相关候选代谢性生物标志物进行了考察。第二部分通过建立优化凝集素芯片的糖组学技术平台,对CRC病人组织的糖链表达谱变化进行了研究,改进了一套筛选疾病相关糖链生物标志物的方法。本论文还尝试对结直肠癌的代谢组学和糖组学之间的联系进行探索性研究,但目前还是存在一定局限,尚未找到两者之间联系的切入点。本论文的主要研究内容和结果如下:1.首先,利用气相色谱-飞行时间质谱(gc-tofms)和超高效液相色谱–四极杆飞行时间串联质谱(uplc–qtofms)平台,对101例crc病人和102例健康对照者的血清样本进行检测分析,得到了稳定的血清代谢谱,并对代谢物进行鉴定。通过对两个平台的比较分析,结果发现利用不同检测窗口观察到的代谢物存在很大的互补空间。本研究联合两个平台鉴定出249种血清代谢物,得到了目前结直肠癌血清代谢组学研究中相对较全面已鉴定的血清代谢表达谱。2.利用训练样本集的249种血清代谢物,采用正交偏最小二乘-判别分析法(opls-da)建立结直肠癌的诊断模型,通过测试样本集对该模型的预测能力进行验证,结果显示该opls-da模型具有稳定可靠的鉴别能力。基于统计分析筛选出72种血清差异代谢物,并与前期结直肠癌的血清代谢组学研究结果进行了比较,结果显示:本研究在验证了前期研究结果的基础上,还大大扩充了结直肠癌血清差异代谢物库。这些血清差异代谢物全面地反映了crc病人体内的代谢紊乱现象,包括:糖酵解、氨基酸代谢、叁羧酸循环、尿素循环、脂代谢、以及肠道菌群相关代谢。特别地,本研究比较全面地从血清代谢水平上观察到了crc病人体内异常加剧的脂类代谢。3.综合统计分析结果筛选出了7个潜在的crc诊断标志物,主要涉及到脂类代谢、叁羧酸循环、尿素循环、氨基酸代谢、以及肠道菌群相关代谢通路。另外,通过考察预后良好组和预后不良组crc病人之间血清代谢谱的差异,筛选出了4个与crc预后相关的候选代谢物,同样涉及到叁羧酸循环、尿素循环、脂肪酸代谢、以及氨基酸代谢。研究结果显示:这些关键的差异小分子代谢物具有良好的临床应用潜能。4.利用凝集素芯片的糖组学技术平台,对crc病人临床组织芯片样本的组织糖链谱进行了检测和分析,观察到病灶组织的糖链谱发生了明显改变,并存在一定的规律。筛选到能指示肿瘤组织与正常组织之间糖链信号差异的凝集素。通过比较分析crc病人体内淋巴结转移与否和糖链变化的关系,发现部分指示淋巴结转移的候选凝集素。5.联合利用组织芯片、凝集素芯片、及凝集素亲和捕获技术,发展了一套灵敏、简单、有效地寻找疾病相关糖链生物标志物的方法。以结直肠癌为研究对象,针对预后良好组和预后不良组的crc病人组织糖链谱进行了深入细致的比较分析,筛选出与结直肠癌预后密切相关的特异性候选糖蛋白,并设计出了目标糖蛋白的优化富集方案。本课题分别应用代谢组学技术和糖组学技术对结直肠癌进行研究。旨在从系统的角度出发,基于不同观测窗口对结直肠癌所引起的人体代谢产物和糖链等末端信号表征分子的变化特征进行探讨,为结直肠癌的分子发病机制研究提供一些参考;并尝试筛选与结直肠癌密切相关的候选标志物,为结直肠癌的临床诊断、预后监控、以及新药开发提供有用信息。另外,本研究发展了一套寻找疾病相关糖链生物标志物的研究方法,为解决糖组学在癌症研究中的技术难点提供了新的改进思路。
张国安[6]2003年在《生物质谱新技术及其在疾病蛋白质组研究中的应用》文中认为本博士论文工作的主要贡献为发展了蛋白质凝胶内酶切方法以及胶内酶切产物的在线预浓缩技术;另外对新型介孔无机材料在MALDI中的应用也进行了研究;利用基于双向电泳和生物质谱的方法策略对缺血心肌线粒体以及高、低转移潜能肝癌组织进行了差异蛋白质组分析。后基因组学的主要流派蛋白质组学目前显得相当活跃。蛋白质组学分离和分析细胞与组织的全部蛋白并直接找到一组或几组功能蛋白,并研究它们与功能基因(组)的内在联系 。在目前功能基因尚不很清楚的情况下,直接发现功能蛋白组具有重要的意义。目前,蛋白质组学的研究主要集中在通过对蛋白质性质、丰度的考察来揭示它的功能,进而找到与人类重大疾病相关的差异蛋白,使之成为药物筛选的靶分子,指导基因组的分析,而不是仅仅尾随DNA序列分析的结果。蛋白质组学也正在成为分析化学研究领域的最前沿研究而蛋白质组学的科学研究之所以能够取得蓬勃的发展,主要依赖于高通量分离和分析技术的突破性进步。首先是双向凝胶电泳技术的完善,使得蛋白质的大范围、高通量分析成为可能。其次是质谱技术尤其是软电离技术的发展,使之成为检测蛋白质分子的重要手段。最后是生物信息学的建立使得国际性的科学大协作得以形成。目前,世界各主要国家都不惜巨资进行蛋白质组的研究。蛋白质组学研究的进一步深入,将对了解疾病的发生和药物的筛选起到决定性的作用。本论文工作包括两个部分:第一部分为蛋白质组学技术平台的建立与发展,建立了基于双向电泳和质谱的蛋白质组学技术平台,对胶内酶解方法以及其浓缩方法进行了改进和发展,并对无机MALDI基质作了初步研究。第二部分为疾病比较蛋白质组初探,利用基于双向电泳和生物质谱的方法策略对缺血心肌线粒体以及高、低转移潜能肝癌组织进行了比较蛋白质组分析。第一部分 蛋白质组学技术平台的建立与发展聚丙烯酰胺凝胶电泳,包括一维和二维,是目前蛋白质研究中用来分离复杂蛋白体系的最重要的手段。而对胶上蛋白进行胶内酶解以及质谱分析,也已经成为复杂体系中蛋白鉴定的最常用的方法。由于考马斯亮蓝的存在会影响酶解反应,所有现有的胶内酶解方法都要求在酶解反应之前彻底除去凝胶中的考马斯亮蓝。这个过程增加了工作量,耗时而且会造成蛋白丢失,影响蛋白鉴定的灵敏度。本工作提出了一种简化的胶内酶解方法,在酶解前不需除去考马斯亮蓝。利用简<WP=7>化方法对500 ng BSA 进行酶解,并用HPLC/ESIMS进行分析。结果表明使用简化方法时酶解仍然可以有效进行。另外,考马斯亮蓝在反相HPLC中有强保留,不会与肽段同时洗脱,所以不会对HPLC-ESIMS分析造成干扰。利用一系列不同上样量的马心肌红蛋白对简化方法与传统方法进行了比较,发现简化方法倾向于产生更多的胰蛋白酶漏切位点,并可以因此提高序列覆盖率。对简化方法在MALDI-TOFMS上的适用性进行了验证,在用ZipTip脱盐时使用33%的乙腈洗脱以防止考马斯亮蓝与肽段同时洗脱。50 ng BSA 可以得到令人满意的结果,显示了简化的方法可方便地用于MALDI-TOFMS检测,并拥有足够的灵敏度。用该方法对大鼠心肌线粒体蛋白双向电泳图上的两个蛋白点进行了成功鉴定,表明简化方法完全可以适用于实际生物样品的分析。在胶内酶解产物的质谱鉴定前,通常需对样品进行浓缩。常规的浓缩方法费时费力,而且会由于容器表面吸附造成大量样品损失。本论文发展了一种基于强阳离子交换色谱(SCX)的凝胶内酶切产物的在线预浓缩方法,可以方便地应用于蛋白的LC-ESIMS分析。由于胶内酶解肽段的提取液(5% FA或TFA/50%乙腈)恰好与SCX肽段吸附的条件相吻合,因此肽段提取液可以不经过任何处理直接用SCX 柱浓缩,然后用1 M 醋酸铵溶液将吸附的肽段洗脱进入反相LC-MS系统进行分析。独特设计的预浓缩/分析体系利用两个六通阀将SCX和反相色谱相连,可以很方便地实现30倍的在线预浓缩。利用100 ng 的胶内牛血清蛋白对该方法进行了验证,与传统的浓缩方法相比,该方法可以获得9个肽段,而传统的冷冻抽干方法仅得到5个。其原因有两点:(1)新方法可以大大减少传统方法的样品干燥和转移过程中由于容器表面吸附引起的损失。(2)在SCX浓缩过程中,可以除去样品中的非离子性杂质,有利于改善样品峰的信噪比。另外,该方法具有省时、装置简单、易于自动化和有利于反相色谱柱的保护等优点。有机基质的出现大大推动了基质辅助激光解析电离质谱(MALDI-MS)在生物大分子分析中的应用。然而有机基质自身电离会在质谱的低质量范围产生背景,影响MALDI-MS对小分子的分析。虽然有人研究了利用无机材料作为MALDI基质的可能性,但其灵敏度非常低。本论文研究了一系列无机介孔材料(TiO2, CeTiO, ZrTiO, TiSiO, ZrO2, AlTiO, AlSiO和SiO2)作为MALDI基质的可能性。样品为PPG(分子量范围500 至3000 Da)和一个标准肽(分子量980 Da)。被测材料对分析物的电离能力表现出极大差异,TiO2 和CeTiO 灵敏度最高,ZrTiO, TiSiO, ZrO2, AlTiO 和AlSiO 的电离能力低得多,而SiO2无法使样品电离。其该结果提示材料的灵敏度与UV吸收正相关。被分析物通常以钾离子加合物的形式电离,偶见钠离子加合
薛如意[7]2009年在《乙型肝炎病毒感染的肝细胞肝癌患者血液标志物筛选》文中进行了进一步梳理肝细胞肝癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是全球最常见的肿瘤之一,其死亡率位居世界第叁。每年在全球肝癌发病人群中,中国患者占将近一半,在中国的癌症死亡率中排名第二。乙型肝炎病毒(hepatitis virus B,HBV)感染是肝细胞肝癌的常见病因,中国是HBV感染的高发国家。从慢性乙型肝炎发展到HCC这一漫长过程中,患者往往缺乏特异性症状,HCC被诊断时往往已经是晚期,此时治疗措施有限。改善HCC患者预后、提高生存率的最根本措施是早期诊断从而早期治疗。但是肝癌的早期诊断是个难题,如何实施慢性乙型肝炎、乙肝后肝硬化到HCC这一演变过程的监测,尤其是寻找肝癌的血液肿瘤标志物,一直以来都是中国和世界的研究目标。目前临床上最常用的肝癌标志物是甲胎蛋白(AFP),但是有相当一部分肝癌患者的AFP不升高,也有很多慢性肝炎和肝硬化患者出现AFP的升高,因此AFP的敏感性和特异性都无法让人非常满意。人体血液内含有大量不同分子水平的化合物,从挥发性和非挥发性的小分子如有机酸、糖类,中等分子如多肽,一直到大分子的化合物如蛋白。这些化合物涉及并涵盖了人体代谢的各个途径,可以反应机体的运行状态如生长、健康或疾病,为疾病的发生、发展和预后评估提供了很好的生物标志物库源。而对这样庞大的生物信息库的检索工具必须是允许高通量数据获取和分析的技术平台。目前,“组学”研究包括基因组学、蛋白质组学与代谢组学是生命医学领域研究的热门前沿,其中涉及的基本技术如色谱、质谱等可以满足高通量数据获取和分析的要求。本研究的主要目的是利用“组学”的基本技术,探讨各种方法获取和分析肝癌患者血液标志物,以此作为乙肝病毒感染人群的HCC监测指标。本研究的主要内容包括:基于气相色谱-质谱联用技术的乙型肝炎病毒感染的肝癌患者血液代谢组学研究及代谢组生物标志物的筛选(顶空固相微萃取法检测全血挥发性标志物、化学衍生法检测血清非挥发性标志物);基于气相色谱-质谱联用技术的肝癌高危人群:慢性乙型肝炎患者和乙型肝炎病毒感染后肝硬化患者的血清代谢组学研究(化学衍生法);基于气相色谱-质谱联用技术的代谢组学研究方法在生物标志物定量研究中的探讨(同位素标记微波衍生法);基于基质辅助激光解析电离飞行时间质谱技术的乙型肝炎病毒感染人群血清多肽谱研究和肝癌多肽生物标志物的筛选;基于人类抗体芯片技术的乙型肝炎病毒感染人群血清细胞因子谱的研究和肝癌细胞因子生物标志物的筛选;基于同位素标记相对和绝对定量技术和液相色谱-质谱联用技术的肝癌血清蛋白质组学检测方法在蛋白质组生物标志物定量研究中的探讨。第一部分基于气相色谱-质谱联用技术的乙型肝炎病毒感染的肝癌患者血液代谢组学研究及代谢组生物标志物的筛选一.肝细胞肝癌全血挥发性代谢组标志物检测(顶空固相微萃取法)目的:采用项空固相微萃取的方法分离和浓聚肝细胞肝癌患者全血标本中的挥发性生物标志物,利用气相色谱-质谱的方法对其分离和鉴定,寻找有临床诊断价值的生物标记物。方法:优化顶空固相微萃取的条件(包括萃取的纤维、萃取时间和温度、解吸附的时间和温度),选择最佳的条件对19例HBV感染的肝癌患者和18例正常对照的全血进行挥发性代谢产物的萃取,用气相色谱/质谱联用仪对其进行检测和分析,计算峰面积,采用卡方检验比较肝癌组和正常组二组出峰的不同,筛选二组差异大的物质作为诊断标记物。结果:最佳的萃取纤维是CAR-PDMS,最佳的萃取时间和温度是60℃和15分钟,最佳的解吸附温度和时间是250℃和30秒。用最佳条件共检测出47种挥发性小分子代谢产物,其中19种物质在二组中的差别具有统计学意义(p<0.05,卡方检验)。我们认为以下的叁种生物标志物对肝癌诊断最具有临床意义:正己醛(敏感性和特异性为97.4%和100%),1-辛烯-3-醇(敏感性和特异性为84.2%和100%),辛烷(敏感性和特异性为89.5%和100%)。结论:项空固相微萃取联合气相色谱-质谱检测的方法是一种简单、快速、灵敏且不需要特殊溶剂的检测肝癌全血挥发性生物标志物的方法。在最佳的检测条件下,肝癌组正己醛、1-辛烯-3-醇、辛烷的阳性率显着高于正常组,且这叁种物质的敏感性和特异性满足临床诊断的需要。利用顶空固相微萃取联合气相色谱-质谱法可以作为肝癌诊断的新技术,测定的肝癌患者血液中的挥发性生物标志物可以作为新型的诊断标记物,有临床应用前景。二.肝细胞肝癌血清非挥发性代谢组标志物检测(化学衍生法)目的:以化学衍生法作为血清样本的前处理方法,通过气相色谱-质谱仪建立肝癌患者的血清代谢物谱,寻找肝癌患者的血清小分子代谢标志物。方法:20例经过术后证实为HBV感染的原发性肝细胞肝癌患者(男性,39~59岁)为肿瘤组,20例正常体健者(男性,38~57岁)为正常组。取二组所有病例的血清,用甲醇水溶剂萃取后进行甲氧胺吡啶和N-甲基-N-(叁甲基硅烷)叁氟乙酰胺(MSTFA)的二步衍生化。用气相色谱质谱(GC-MS)联用仪对衍生化产物上样检测。用逐步判别分析法筛选小分子物质,建立判别方程,鉴别二组,采用支持向量机20折交叉验证法验证。结果:所有样本经过衍生化后进入GC-MS检测出90余个峰,鉴定出的物质包含糖类、氨基酸、脂肪酸、胆固醇、小分子羧酸、尿素等。判别分析法筛选出有判别能力的物质有丁酸、乙亚胺酸、丙叁醇、L—异亮氨酸、L—缬氨酸、氨基丙二酸、D—赤鲜糖、棕榈酸、硬脂酸、9,12-十八碳二烯酸,由此建立的判别方程可以完全分开二组,误判率为零。支持向量机法20折交叉验证判别分析结果的正确率达75%。结论:气相色谱-质谱化学衍生法可以用来进行肝癌患者的血清小分子代谢产物谱的分析;肝癌患者的血清小分子代谢产物成分有异于正常者,可以通过逐步判别分析完全区分肿瘤组和正常组,支持向量机交叉验证的结果良好。第二部分基于气相色谱-质谱联用技术的肝癌高危人群:慢性乙型肝炎患者和乙型肝炎病毒感染后肝硬化患者的血清代谢组学研究(化学衍生法)目的:以化学衍生法作为血清样本的前处理方法,通过气相色谱-质谱仪建立和区分肝癌的高危人群慢性乙型肝炎和肝硬化患者的血清代谢物谱。方法:获取乙型肝炎病毒感染的20例慢性肝炎和20例肝硬化病例的血清,用甲醇水溶剂萃取后进行甲氧胺吡啶和N-甲基-N-(叁甲基硅烷)叁氟乙酰胺(MSTFA)的二步衍生化。用气相色谱质谱(GC-MS)联用仪对衍生化产物上样检测。用逐步判别分析法对所得的代谢组学数据进行分析。结果:由9个代谢标志物组成的判别方程可以对慢性肝炎组做出100%的正确诊断,对肝硬化患者的诊断准确率为75%。这9个代谢物为乙酸、山梨醇、D-乳酸、己酸、1-萘胺、丁酸、磷酸、D-葡糖醇和葡萄糖。结论:气相色谱-质谱化学衍生法可以用来进行肝癌高危人群慢性乙型肝炎和肝硬化患者的血清小分子代谢产物谱分析;慢性乙型肝炎患者的血清小分子代谢产物成分有异于肝硬化患者,逐步判别分析选择的标志物可以用来区分肝炎和肝硬化病例。第叁部分基于气相色谱-质谱联用技术的代谢组学研究方法在生物标志物定量研究中的探讨(同位素标记微波衍生法)目的:利用稳定性同位素标记和快速微波衍生的方法对血清中的葡萄糖和氨基酸进行精确定量,应用于观察吡咯喹啉醌(PQQ)对良性肝病(酒精性肝损大鼠模型)的血清葡萄糖和异亮氨酸代谢水平的影响。方法:将30只雄性大鼠分为对照组、酒精组和PQQ组,酒精组和PQQ组给予胃内灌注酒精4周,结束后PQQ组给予胃内灌PQQ共4周。建立模型后采集全血并分离血清,对血清用~(13)C葡萄糖和~(15)N异亮氨酸同位素进行标记、用甲醇进行蛋白沉淀、用衍生化试剂MSTFA进行微波衍生,最后用气相色谱-质谱的方法同步测定大鼠体内血糖和异亮氨酸水平,叁组进行比较,结果进行t检验。结果:通过微波衍生,葡萄糖和异亮氨酸的硅烷化能在3分钟内完成。酒精组大鼠血糖水平高于对照组(10.89±0.93mmol/L vs 8.25±1.44 mmol/L,p<0.01)。PQQ组大鼠的血糖水平低于酒精组(9.20±0.87 mmol/L vs 10.89±0.93 mmol/L,p<0.01)。酒精组异亮氨酸水平明显高于对照组(132.54±6.51 umol/L vs 107.83±11.72umol/L,p<0.001),而异亮氨酸水平在酒精组和PQQ组无显着差异。结论:通过气相色谱-质谱微波衍生和同位素标记法,可以快速、精确、定量测定浓度范围跨度很大的血清葡萄糖和异亮氨酸水平。慢性的酒精暴露可以导致大鼠血清葡萄糖和异亮氨酸的升高,PQQ能恢复酒精暴露导致的高血糖水平,异亮氨酸的代谢不受PQQ的影响。第四部分基于基质辅助激光解析电离飞行时间质谱技术的乙型肝炎病毒感染人群血清多肽谱研究和肝癌多肽生物标志物的筛选目的:探讨以磁性微粒富集血清多肽和基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(matrix-assisted laser desorption/ionisation time-of-flight massspectrometry,MALDI-TOF MS)为基础的血清多肽谱检测方法是否可以区分不同的乙肝病毒感染患者,进一步筛选肝细胞肝癌的多肽生物标志物。方法:用磁性微粒对94例肝细胞肝癌患者、80例慢性乙型肝炎患者和24例正常体检者的血清进行多肽的富集,用MALDI-TOF MS对富集物进行分离、鉴定。对所得的高通量数据应用遗传算法(genetic algorithm,GA),在30例肝癌、30例肝炎和24例正常者中建立肝癌的诊断模型,用64例肝癌和50例肝炎的数据对建立的肝癌模型进行验证。肝癌模型中的多肽用液相色谱-质谱质谱(liquid chromatography-massspectrometry mass spectrometry)联用技术进行进一步的身份鉴定。第二步,同样的方法额外检测乙肝病毒感染的二组人群包括乙肝病毒健康携带者(n=22)和乙肝感染后肝硬化患者(n=23)的血清多肽谱,与同一时间段额外收集的25例正常体检者、25例慢性乙型肝炎、25例肝癌患者的血清多肽谱进行比较。结果:第一步中,叁组血清多肽谱区别明显,建立二个肝癌诊断模型用于区分肝癌和正常以及肝癌和肝炎。二个模型的疾病总识别率分别为96.25%和93.33%,在验证病例中,模型对肝癌的正确诊断率分别为98.4%和76.6%。经过鉴定,肝癌的标志物包括凝血酶原前体片段、钙激活分泌蛋白-1、凋亡重复序列6抑制因子等。第二步额外检测的乙型肝炎病毒携带者和肝硬化患者的血清多肽谱明显区分于正常、慢性肝炎和肝癌患者。结论:磁性微粒富集多肽和MALDI-TOF MS技术可以应用于乙肝感染人群的血清多肽谱研究,而且可以区分不同的乙肝感染人群;此技术适合于寻找肝癌的多肽标志物、用于乙肝病毒感染人群的肝癌监测。第五部分基于人类抗体芯片技术的乙型肝炎病毒感染人群血清细胞因子谱的研究和肝癌细胞因子生物标志物的筛选目的:利用抗体芯片技术检测肝细胞肝癌患者的血清细胞因子,寻找肝癌特异性细胞因子作为诊断标志物。方法:利用Raybio~(?)生物素标记的抗体芯片Ⅰ对正常体检者(n=3)、慢性乙型肝炎患者(n=3)和肝细胞肝癌患者(n=3)进行507个人体细胞因子的差异初筛。30个组间差异最大同时组内差异最小的细胞因子被用来做扩大人群验证。验证人群是30例正常体检者,30例肝炎和40例肝细胞肝癌患者。选择one-way ANOVA和对角线判别分析来筛选肝癌的细胞因子标记物。结果:one-way ANOVA的筛选结果示肝癌患者血清细胞因子表达有异于肝炎和正常的是IGFBP-7,MDC,MSPα链和MSPβ链。对角线判别分析筛选的肝癌细胞因子标记物MDC和MSPα链与AFP共同构建了肝癌诊断模型,其敏感性为73.2%,特异性为95%,工作受试者曲线下面积是0.89。结论:抗体芯片是一项高敏感、高特异性的血清细胞因子检测技术,可以用来肝细胞肝癌的细胞因子标志物的筛选。第六部分基于同位素标记相对和绝对定量技术和液相色谱-质谱联用技术的肝癌血清蛋白质组学检测方法在蛋白质组生物标志物定量研究中的探讨目的:将同位素标记相对和绝对定量(isobaric tags for relative and absolutequantitation,iTRAQ)联合液相色谱质谱技术应用于肝细胞肝癌患者血清定量蛋白质组学研究,并初步探讨该检测方法对肝癌蛋白质组生物标志物的相对定量研究的应用前景。方法:15例乙型肝炎病毒感染的原发性肝细胞肝癌患者和15例慢性乙型肝炎患者,收集血清分二组混合。选用高丰度蛋白分离系统(Multiple Affinity RemovalSystem,MARS)除血清高丰度蛋白、收集低丰度蛋白,用SDS-PAGE对原血清和收集的低丰度蛋白样品进行效果评估。对蛋白进行胰蛋白酶酶解后用iTRAQ试剂114和117分别标记肝癌和肝炎血样。用强阳离子交换色谱(Strong cation exchangechromatography,SCX)对标记好的多肽分层后用LC-ESI-MS/MS进行检测。选用蛋白分析软件ProteinPilot比较二组混合血清的差异蛋白。结果:经过MARS系统去高丰度蛋白,血清样品中的低丰度蛋白得到很好的分离;经过SCX分层共40个多肽层,进入MS质谱共得到49784个多肽片段,谱库搜索的蛋白共251个,其中二组的差异度超过1.5倍的共21个蛋白。结论:同位素标记相对和绝对定量技术和液相色谱-质谱联用技术可以用于肝癌血清蛋白质组学相对定量检测,慢性乙型肝炎和肝细胞肝癌患者的血清蛋白表达明显差异。
曾文繁[8]2018年在《发酵豆粕替代鱼粉对黄姑鱼幼鱼的影响及血清代谢组学初步研究》文中进行了进一步梳理本论文以黄姑鱼幼鱼为研究对象,对发酵豆粕替代鱼粉对黄姑鱼生长性能等方面的影响及黄姑鱼血清代谢组学的影响进行了研究。主要研究结果包括以下叁方面内容:1.发酵豆粕替代鱼粉对黄姑鱼幼鱼生长性能、血液学指标的影响。本试验旨在研究黄姑鱼饲料中使用发酵豆粕替代鱼粉对黄姑鱼幼鱼血液学指标和生长性能等的影响,用以明确发酵豆粕替代黄姑鱼幼鱼饲料里鱼粉的适宜水平。(方法)试验蛋白源主要为秘鲁鱼粉、小麦蛋白粉以及豆粕,实验脂肪源主要为大豆油、鱼油、大豆卵磷,配制的基础饲料含有45%秘鲁鱼粉,使用发酵豆粕替代基础饲料中0(FSM0组,作为对照组)、10%(FSM10组)、20%(FSM20组)、30%(FSM30组)、40%(FSM40组)和50%(FSM50组)的鱼粉,配制6种等氮(蛋白质水平为50%)等脂(脂肪水平为12%)试验用饲料;另外除了对照组外各组黄姑鱼饲料中加入适量的蛋氨酸与赖氨酸,用来维持各试验组蛋氨酸与赖氨酸平衡。黄姑鱼幼鱼初始体重为(31.24±0.02)g,养殖实验8周。(结果)试验结果表明:黄姑鱼幼鱼FSM10,FSM20和FSM30组的饲料系数、特定生长率与增重率,与FSM0组对照组相比差异不显着(P>0.05),而黄姑鱼幼鱼FSM40和FSM50组的特定生长率与增重率与FSM0组相比显着降低(P<0.05),饲料系数却显着高于对照组FSM0组(P<0.05);黄姑鱼幼鱼各组的成活率差异不显着(P>0.05)。黄姑鱼幼鱼饲料中发酵豆粕替代鱼粉,各组的肝体比、肥满度与脏体比差异不显着(P>0.05)。随着发酵豆粕替代鱼粉比例的升高,FSM40和FSM50组黄姑鱼幼鱼血清中的谷草转氨酶(AST)活力显着高于前四组(P<0.05),而FSM50组黄姑鱼幼鱼血清中的谷丙转氨酶(ALT)活力显着高于FSM0和FSM10组(P<0.05)。(结论)结合每项指标,在本试验条件中,发酵豆粕替代黄姑鱼幼鱼饲料里20%至30%的鱼粉比较合适,太高的发酵豆粕替代比会使黄姑鱼幼鱼的饲料利用率与生长性能降低。2.发酵豆粕替代鱼粉对黄姑鱼幼鱼肌肉氨基酸、肝脏中IGF-I基因相对表达量及肝脏组织形态学的影响。本试验旨在探究发酵豆粕代替鱼粉对黄姑鱼幼鱼肌肉中氨基酸组成、肝脏中IGF-I基因相对表达量及肝脏组织形态结构的影响。实验结果表明:缬氨酸和蛋氨酸均无显着性差异,其余氨基酸均随着发酵豆粕代替水平的提高而呈现增高的趋势;FSM50组黄姑鱼幼鱼肝脏中胰岛素样生长因子-I(IGF-Ⅰ)基因相对表达量显着低于FSM0组(P<0.05);通过肝脏组织学观察发现,随着发酵豆粕代替水平的增加,肝脏细胞受损严重,FSM50组肝细胞轮廓模糊,有的肝细胞核甚至已经消失不见。结果分析表示,本实验条件下,发酵豆粕替代鱼粉可以有效提高黄姑鱼鱼体中氨基酸的积累(除缬氨酸和蛋氨酸),但替代量不能过高,否则会降低肝脏中IGF-I的表达量并造成肝脏损伤。3.发酵豆粕替代鱼粉对黄姑鱼血清代谢组学影响的初步分析。鱼粉是最重要的水产饲料蛋白源,然而随着水产养殖业的飞速发展,鱼粉需求量日益增大,鱼粉价格也随之飙升,成为水产饲料中成本最高的原料。因此寻找可以有效替代鱼粉的廉价蛋白质是水产营养研究中的热点问题。近年来,代谢组学技术被广泛应用于研究营养物质与机体的关系/动物饲料营养效应和发酵饲料的开发利用。本研究中,我们旨在研究发酵豆粕替代鱼粉对黄姑鱼血液代谢组学的影响。研究结果发现有275种代谢产物受到发酵豆粕替代鱼粉的影响,并且根据我们的预测有几种代谢途径也受到了影响。在这些代谢途径中,丙酸表现出上调现象。
卢韵君[9]2016年在《鱼源胶原蛋白肽酶解工艺及其分子量检测方法研究》文中指出鱼源胶原蛋白肽已被广泛应用到食品、化妆品等多个领域。相对分子量作为胶原蛋白肽的重要质量指标,与其消化吸收特性及生理活性有密切关系。本论文以罗非鱼鱼皮及鱼鳞为原料,通过可控酶解技术制备不同水解度的鱼胶原蛋白酶解液,分析酶以及水解度对鱼胶原蛋白酶解液分子量的影响,对凝胶色谱法测定鱼胶原蛋白肽分子量分布进行方法验证,对比不同凝胶色谱条件的适用度和精密度,并采用超滤离心法结合质谱验证凝胶色谱条件的准确性。主要结论如下:罗非鱼脱脂鱼皮以及脱钙鱼鳞富含胶原蛋白,粗蛋白含量高达88%。罗非鱼胶原蛋白肽的分子量与酶种类及酶解时间相关,采用木瓜蛋白酶、中性蛋白酶、胰酶和碱性蛋白酶酶解鱼皮和鱼鳞,探索四种酶的酶解产物的水解度及分子量分布,结果表明对于鱼皮和鱼鳞,胰酶酶解8 h得到的水解产物具有最高的水解度,分别为16.619±0.275%和16.376±0.130%。采用凝胶色谱法测定各酶解产物分子量分布,结果表明水解度越高的酶解产物,相对分子量越小,物质分子量分布越集中,鱼皮胰酶酶解8 h酶解物主要为1,000Da以下的分子,其数均分子量为531.29 Da,重均分子量为799.51 Da,分布宽度系数为1.50。利用方法学研究实验,对比Superdex Peptide HR 10/30与TSK GEL G2000 SWxl G2000色谱柱在不同流动相条件中检测鱼胶原蛋白肽分子量分布的情况。结果表明,杆菌肽以及Gly-Gly-Tyr-Arg两个标准品在磷酸盐缓冲液流动相条件的洗脱特性异常。Superdex Peptide HR 10/30色谱柱检测胶原蛋白肽小分子分布的准确度及精密度较高,加标回收率达到101.90%,RSD值在1%以下;TSK GEL G2000 SWxl色谱柱更适合检测胶原蛋白肽大分子物质,加标回收率达到105.66%,RSD值在0.5%以下。通过超滤离心结合质谱方法,进一步验证凝胶色谱法检测胶原蛋白肽相对分子量分布的准确性,结果表明样品浓度、离心速度及离心时间对超滤离心管分离效果有影响。MALDI-TOF-MS质谱结果表明超滤离心管对胶原蛋白样品分离效果较好。超滤结果与凝胶色谱法结果比较,表明Superdex Peptide HR 10/30色谱柱检测胶原蛋白肽<1,000 Da及<3,000 Da的组分与超滤离心法得出的比例最为接近。
王瑞石, 陈姗, 刘志红[10]2005年在《蛋白质组学在肾脏病研究中的应用》文中提出蛋白质组学 (Proteomics)是“后基因组学”时期发展迅速的“组学”技术。基因组学 (Genomics)、蛋白质组学(Proteomics)和代谢组学(Metabolomics)构成了系统生物学的主体,为从基因、mRNA、蛋白质和代谢产物综合、
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