近日，中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院（質(zhì)譜成像與代謝組學(xué)國家民委重點實驗室）王曉東教授團(tuán)隊在MALDI-MSI蛋白質(zhì)原位檢測及成像表征新型基質(zhì)研究領(lǐng)域取得了又一重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“A Caffeic Acid Matrix Improves In Situ Detection and Imaging of Proteins with High Molecular Weight Close to 200,000 Da in Tissues by Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry Imaging”為題，發(fā)表在分析化學(xué)頂級期刊《Analytical Chemistry》（Nature Index收錄）上，該研究論文同時被遴選為期刊封面文章。中央民族大學(xué)為該論文第一作者單位及唯一通訊單位。論文在線鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c05480。

 

　　近年來，基質(zhì)輔助激光解析電離質(zhì)譜成像（MALDI-MSI）作為一種較為成熟的分子影像技術(shù)已被廣泛應(yīng)用諸多領(lǐng)域（如基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、動物學(xué)、植物學(xué)、食品安全和環(huán)境科學(xué)等）生物內(nèi)/外源性分子成像表征研究。該技術(shù)因其具有無需復(fù)雜樣品前處理，無需特異性標(biāo)記，可同時原位表征成百上千種分子等優(yōu)勢特點，越來越多地受到研究者關(guān)注；該技術(shù)的發(fā)展與完善進(jìn)一步推動了原位代謝組學(xué)、原位脂質(zhì)組學(xué)、原位糖組學(xué)、原位蛋白質(zhì)組學(xué)研究進(jìn)展。該技術(shù)的成功應(yīng)用極度依賴于基質(zhì)的準(zhǔn)確選擇，合適的基質(zhì)可將激光能量有效傳遞給組織表面待測分子，從而實現(xiàn)其高效離子化效能，最終保證高質(zhì)量的質(zhì)譜成像結(jié)果。盡管許多基質(zhì)已被廣泛應(yīng)用于諸多生物樣本各類分子的原位檢測，但對于動/植物樣本的高分子量（HMW）蛋白質(zhì)原位表征適用性方面仍存在明顯不足；截至目前，基于現(xiàn)有基質(zhì)的MALDI-MSI分子量檢測極限通常小于30,000 Da，對生物體內(nèi)分子量高于30,000 Da的眾多蛋白質(zhì)并不兼容。因此，篩選發(fā)現(xiàn)適用于HMW蛋白質(zhì)成像表征的新型基質(zhì)對于進(jìn)一步拓展MALDI-MSI的應(yīng)用范圍具有極其重要的意義。

 

　　王曉東教授團(tuán)隊通過系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)咖啡酸（caffeic acid, CA）作為一種綠色、無毒有機(jī)酸基質(zhì)可顯著增強(qiáng)MALDI-MSI對生物組織樣本中HMW蛋白質(zhì)的原位檢測及成像表征性能。研究表明：該基質(zhì)具有離子化效率高、微米級結(jié)晶尺寸、共結(jié)晶形態(tài)均一性好、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、線性動態(tài)范圍寬等特點，且同時適用于動/植物組織樣本表面HMW蛋白質(zhì)的檢測及成像。研究結(jié)果顯示基于CA基質(zhì)MALDI-MSI對動/植物組織樣本蛋白質(zhì)的原位檢測質(zhì)量上限高達(dá)~200,000 Da，遠(yuǎn)高于目前常用的蛋白質(zhì)檢測基質(zhì)芥子酸（sinapinic acid, SA）和阿魏酸（ferulic acid, FA）。研究團(tuán)隊利用該基質(zhì)分別對小鼠腦、馬檳榔種子和萌發(fā)大豆種子組織成功進(jìn)行了HMW蛋白質(zhì)原位檢測與成像研究，極大拓展了MALDI-MSI技術(shù)在原位蛋白質(zhì)組學(xué)研究中的應(yīng)用范圍。值得注意的是，該研究首次從眾多HMW蛋白質(zhì)離子信號中成功鑒定出小鼠腦kinesin-like蛋白（KIF1A）、馬檳榔甜蛋白II（mabilin-2）和馬檳榔甜蛋白IV（mabilin-4）、β-伴大豆球蛋白（β-conglycinin）三聚體（αα′β），充分證實了利用CA在組織上原位研究HMW蛋白質(zhì)及蛋白質(zhì)復(fù)合體組織空間分布的可行性及潛在價值。這項研究表明CA有潛力成為一種標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)酸MALDI基質(zhì)廣泛用于增強(qiáng)動/植物組織中HMW蛋白質(zhì)MSI分子成像，拓展人們對于HMW蛋白質(zhì)組織空間分布形式的系統(tǒng)認(rèn)識。

 

　　該項研究工作得到國家自然科學(xué)基金（31770384、21605164）、中央民族大學(xué)雙一流學(xué)科建設(shè)項目（Yldxxk201819）、國家民委中青年英才培養(yǎng)計劃項目（10301-0190040110）等資助。學(xué)院2020級博士研究生劉海強(qiáng)、2018級碩士研究生韓曼曼和李金銘為該論文的共同第一作者，這也是學(xué)院第一次在分析化學(xué)頂級期刊《Analytical Chemistry》上發(fā)表封面文章。

 

　　王曉東教授是2015年我校引進(jìn)的海外優(yōu)秀人才，2018年入選國家民委中青年英才培養(yǎng)計劃，博士生導(dǎo)師。主要從事質(zhì)譜成像、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用工作。