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色谱 2024年第2期42卷 164-175页

作者：陈倩倩由蕾管朋维方成男秦望舒刘心昱许国旺中国科学院大连化学物理研究所中国科学院分离分析化学重点实验室辽宁省代谢组学重点实验室辽宁大连116023 中国科学院大学北京100049 中国医科大学辽宁沈阳110122

代谢相关脂肪性肝病是当前常见的一种肝脏疾病,在世界范围内的患病率高达25%,严重危害人类健康并对社会造成巨大的经济负担。越来越多的研究表明慢性非传染性疾病的发生是环境暴露与遗传因素共同作用的结果,环境污染是其不可小觑的健康... 详细信息

代谢相关脂肪性肝病是当前常见的一种肝脏疾病,在世界范围内的患病率高达25%,严重危害人类健康并对社会造成巨大的经济负担。越来越多的研究表明慢性非传染性疾病的发生是环境暴露与遗传因素共同作用的结果,环境污染是其不可小觑的健康风险因素。为了探究环境暴露对代谢相关脂肪性肝病风险及暴露效应,本研究利用超高效液相色谱-串联质谱(UHPLC-MS/MS)的靶向暴露组学和超高效液相色谱-高分辨质谱(UHPLC-HRMS)的非靶向脂质组学技术分别分析了代谢相关脂肪性肝病患者血清中外源性化学物质的暴露特征和内源性脂质代谢物的扰动,结合暴露组-脂质组关联分析,在脂代谢水平上探究环境暴露引起的代谢相关脂肪性肝病的风险及暴露效应。研究发现,代谢相关脂肪性肝病患者体内外源性化学物质与代谢相关脂肪性肝病的风险增加有关,其中氟虫腈砜(fipronil sulphone)、马拉硫磷二羧酸(malathion dicarboxylic acid)和邻苯二甲酸单环己酯(monocyclohexyl phthalate)与单纯性脂肪肝风险呈正相关,氟虫腈砜(fipronil sulphone)、安赛蜜(acesulfame potassium)、全氟辛酸(PFOA)、全氟壬酸(PFNA)、全氟十一酸(PFUnDA)和4-羟基二苯甲酮(4-hydroxybenzophenone)以及3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸(DBPOB)与合并代谢性疾病的脂肪肝风险呈正相关。单纯性脂肪肝患者和合并代谢性疾病的脂肪肝患者的脂代谢发生了显著的改变,神经酰胺(Cer)、甘油三酯(TG)和甘油二酯(DG)显著升高,这些DG和TG的酰基碳数分别为32~40和35~60,且两者均表现为多不饱和的脂质分子的变化为主。大多数的脂质效应标志物与外源性化学物质残留呈正相关,并与疾病风险增加有关。本研究可以为环境化学物质暴露与代谢相关脂肪性肝病的关联与机制研究提供科学依据。

关键词：代谢相关脂肪性肝病暴露组学脂质组学组学关联研究

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深度学习在质谱成像数据分析中的应用研究进展

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色谱 2024年第7期42卷 669-680页

作者：黄冬冬刘心昱许国旺中国科学院大连化学物理研究所中国科学院分离分析化学重点实验室辽宁省代谢组学重点实验室辽宁大连116023 大连理工大学化学学院辽宁大连116024

质谱成像(MSI)是一种用于表征化合物空间分布特征的方法。随着采集方式的多样化发展和灵敏度等的不断提高,该方法产生的数据总量和分析复杂度呈指数增长,给数据后处理带来了诸多挑战。深度学习(DL)是一种在数据分析和图像识别中广泛应... 详细信息

质谱成像(MSI)是一种用于表征化合物空间分布特征的方法。随着采集方式的多样化发展和灵敏度等的不断提高,该方法产生的数据总量和分析复杂度呈指数增长,给数据后处理带来了诸多挑战。深度学习(DL)是一种在数据分析和图像识别中广泛应用的强大工具,对于质谱成像数据分析具有巨大潜力。本文综述了深度学习在质谱成像数据分析中的研究现状、应用进展和面临的挑战,重点涵盖数据预处理、图像重构、聚类分析和多模式融合4个核心阶段;还列举说明了深度学习与质谱成像技术相结合在肿瘤区域划分和亚型诊断等研究中的高效应用。本综述对该研究方向未来的发展趋势进行了展望,旨在促进人工智能与质谱分析更好的结合。

关键词：质谱成像深度学习神经网络数据分析

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单细胞蛋白质组学分析技术研究进展

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分析试验室 2022年第12期41卷 1365-1378页

作者：贺映云袁辉明梁振张丽华张玉奎中国科学院分离分析化学重点实验室中国科学院大连化学物理研究所大连116023 中国科学院大学北京100049

细胞是生命体最基本的功能单元。传统均一性的群体研究理念难以满足对细胞个体特征的分析需求,只有在单细胞层面认识细胞的异质性,才能深入理解生命活动的本质。与单细胞基因组和转录组相比,单细胞蛋白质组学分析目前尚处于起步阶段。... 详细信息

细胞是生命体最基本的功能单元。传统均一性的群体研究理念难以满足对细胞个体特征的分析需求,只有在单细胞层面认识细胞的异质性,才能深入理解生命活动的本质。与单细胞基因组和转录组相比,单细胞蛋白质组学分析目前尚处于起步阶段。由于蛋白质无法像基因进行扩增,因此,单细胞蛋白质组的规模化分析仍面临巨大挑战。本文对现有的单细胞蛋白质组分析技术进行了归纳和总结,重点介绍了基于质谱的单细胞蛋白质组学在样品处理技术以及定量分析方法方面的最新进展,并对单细胞蛋白质组学分析技术的发展趋势进行了展望。

关键词：单细胞蛋白质组学分析技术质谱

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定量磷酸化蛋白质组解析17β-雌二醇致死效应的细胞调控过程

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色谱 2024年第4期42卷 333-344页

作者：李亚楠刘晓艳王䶮刘震叶明亮汪海林国科大杭州高等研究院环境学院浙江杭州310024 中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室北京100085 中国科学院大连化学物理研究所中国科学院分离分析化学重点实验室辽宁大连116023

17β-雌二醇(E2)是人体内一种重要的内分泌激素,在生理浓度下(0.2~1.0 nmol/L)对生殖系统、乳腺等靶器官的生长发育起着重要的调节作用。但很多研究表明,高剂量(μmol/L~mmol/L)的E2能够诱导肿瘤组织消退和细胞凋亡,其具体调控机制尚不... 详细信息

17β-雌二醇(E2)是人体内一种重要的内分泌激素,在生理浓度下(0.2~1.0 nmol/L)对生殖系统、乳腺等靶器官的生长发育起着重要的调节作用。但很多研究表明,高剂量(μmol/L~mmol/L)的E2能够诱导肿瘤组织消退和细胞凋亡,其具体调控机制尚不明确。本工作聚焦于高剂量(μmol/L)的E2致死效应,首先分析了μmol/L水平的E2对HeLa细胞表型的影响,发现在1~10μmol/L下E2以浓度依赖的形式抑制HeLa细胞增殖,并诱导HeLa细胞发生死亡,其中,用5μmol/L E2处理2天后可使约74%的HeLa细胞增殖受到抑制,并引起约50%的HeLa细胞死亡。在此基础上,为了探究高剂量E2诱导细胞死亡的内在调控过程,将基于固相萃取(SPE)的固定化钛离子亲和色谱技术(Ti^(4+)-IMAC)与基于数据非依赖采集模式(DIA)的蛋白质组定量技术结合,用于筛选HeLa细胞内参与高剂量(μmol/L)E2致死效应调控过程的磷酸化位点。最终,在5μmol/L E2和二甲基亚砜(DMSO)处理的HeLa细胞中共鉴定到超过10000个磷酸化位点;t检验分析发现,在E2处理后,有924个磷酸化位点(对应599个蛋白质)的丰度发生了显著变化(显著性水平(p)<0.01,|log 2(倍数变化)|≥1),推测其可能参与调控E2致死效应过程。此外,有453个磷酸化位点(对应325个蛋白质)仅单独发生在E2或DMSO处理后的HeLa细胞样品中,表明这些磷酸化位点在E2处理后发生了磷酸化或去磷酸化,也可能参与E2致死效应的调控过程。分别对以上两种方式筛选的E2调控的磷酸化蛋白质进行富集分析,发现这些磷酸化蛋白质主要参与细胞分裂、核糖体/核质转运、信使核糖核酸(mRNA)加工/剪接及转录等过程,表明高剂量的E2可能通过调控核糖体及mRNA加工等过程影响蛋白质转录,进而诱导细胞发生死亡。此外,我们发现表皮生长因子受体(EGFR)和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族蛋白(包括MAPK1、MAPK4和MAPK14)上多个磷酸化位点的修饰水平在高剂量E2处理后发生了明显变化,表明EGFR和MAPK信号通路可能在雌激素诱导的细胞死亡中起着重要调控作用。本实验得到的磷酸化蛋白质组定量结果有助于进一步了解高剂量E2的内在调控过程,为后续解析高剂量E2的作用机制及疾病的治疗提供了参考。

关键词：液相色谱-串联质谱固定化钛离子亲和色谱数据非依赖采集磷酸化蛋白质组 17β-雌二醇雌激素致死效应

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基于液质联用技术的蛋白质-蛋白质相互作用研究进展

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化学学报 2022年第6期80卷 817-826页

作者：陈玉宛周雯李欣蔚杨开广梁振张丽华张玉奎中国科学院大连化学物理研究所中国科学院分离分析化学重点实验室中国科学院大学大连理工大学张大煜学院

蛋白质-蛋白质相互作用调控着细胞内众多生物过程,蛋白质间相互作用网络的绘制对解析复杂的生物过程至关重要.面对生物体中复杂的蛋白质-蛋白质相互作用,液质联用技术不仅具有灵敏度高的鉴定优势,还可以对数以千计的蛋白质进行定量分析... 详细信息

蛋白质-蛋白质相互作用调控着细胞内众多生物过程,蛋白质间相互作用网络的绘制对解析复杂的生物过程至关重要.面对生物体中复杂的蛋白质-蛋白质相互作用,液质联用技术不仅具有灵敏度高的鉴定优势,还可以对数以千计的蛋白质进行定量分析.因此,对目标蛋白质进行富集、标记或共分级的处理后,结合液质联用技术对蛋白质准确而灵敏的鉴定,这类技术已被广泛应用于复杂样本中蛋白质-蛋白质相互作用网络的解析.目前基于液质联用技术的几种常用的方式,包括亲和纯化质谱方法(AP-MS)、近程标记质谱方法(PDB-MS)、化学交联质谱方法(XL-MS)和共分级偶联质谱方法(CF-MS)等.本综述讨论了这些方法的基本原理、优点和在细胞内解析蛋白质间相互作用的应用.

关键词：液质联用技术蛋白质-蛋白质相互作用亲和纯化近程标记化学交联质谱共分级偶联质谱

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基于先进紫外光源的生物质谱技术的最新进展及展望

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中国科学：化学 2023年第11期53卷 2290-2303页

作者：王方军刘哲益殷志斌罗盼杨诗蕊肖春雷杨学明中国科学院分离分析化学重点实验室中国科学院大连化学物理研究所大连116023 大连光源科学研究室分子反应动力学国家重点实验室中国科学院大连化学物理研究所大连116023 深圳综合粒子设施研究院深圳518107

生物大分子质谱是研究复杂生命体系中分子的序列组成、动态结构、相互作用和空间分布的前沿科学领域.先进紫外光源特别是同步辐射、自由电子激光等大科学装置的发展,为光解离-串联质谱和光电离-质谱成像等生物大分子质谱研究尖端技术的... 详细信息

生物大分子质谱是研究复杂生命体系中分子的序列组成、动态结构、相互作用和空间分布的前沿科学领域.先进紫外光源特别是同步辐射、自由电子激光等大科学装置的发展,为光解离-串联质谱和光电离-质谱成像等生物大分子质谱研究尖端技术的进步提供了新的机遇.本综述中,我们总结了不同波长先进光源包括X射线、极紫外激光等在蛋白质、脂质等生物分子高效光解离和序列、结构、相互作用表征,光化学氧化标记和动态结构分析,高效光电离和高灵敏度质谱检测及空间分布成像等领域的研究进展;进一步展望了新一代先进紫外光源特别是具有更高亮度、更短脉冲、更高重频的极紫外自由电子激光在生物大分子质谱研究中的应用前景和可能带来的技术突破.

关键词：先进紫外光源生物大分子质谱极紫外自由电子激光蛋白质序列和结构表征质谱成像

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气相色谱-电子捕获负化学源-低分辨质谱法测定人体血液不同组分中短链及中链氯化石蜡

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色谱 2023年第8期41卷 698-706页

作者：于霜高媛朱秀华耿柠波代玉冰洪建尧陈吉平中国科学院分离分析化学重点实验室中国科学院大连化学物理研究所辽宁大连116023 大连交通大学环境与化学工程学院辽宁大连116028

短链及中链氯化石蜡(SCCPs和MCCPs)因其持久性、生物毒性、富集性及长距离迁移等特点受到广泛关注。随着SCCPs和MCCPs在多种环境介质中的广泛检出,人类面临的暴露风险逐渐升高,因此开展人体内SCCPs和MCCPs的暴露评估具有重要意义。了解... 详细信息

短链及中链氯化石蜡(SCCPs和MCCPs)因其持久性、生物毒性、富集性及长距离迁移等特点受到广泛关注。随着SCCPs和MCCPs在多种环境介质中的广泛检出,人类面临的暴露风险逐渐升高,因此开展人体内SCCPs和MCCPs的暴露评估具有重要意义。了解氯化石蜡(CPs)及其各同族体在血浆和血细胞中的分配行为及分布特征能够更好地掌握其在人体内的积累和循环情况,有助于准确、有效地评估CPs在人体内的暴露水平。本研究建立了Percoll不连续密度梯度离心方法,将人体血液分离为血浆、红细胞、白细胞和血小板4种组分,利用超声进行细胞破碎和提取,并采用多层硅胶柱去除脂质干扰。结果表明,使用80 mL正己烷-二氯甲烷(1∶1, v/v)和50 mL二氯甲烷作为样品净化的连续洗脱溶剂(合并收集)可实现血液样品中CPs与脂类大分子的选择性分离。采用气相色谱-电子捕获负化学源-低分辨质谱法(GC-ECNI-LRMS)测定人体血液不同组分中的SCCPs和MCCPs, SCCPs和MCCPs的方法检出限分别为1.57 ng/g湿重(n=7)和8.29 ng/g湿重(n=7),提取内标的回收率分别为67.0%~126.6%和69.5%~120.5%。采用该方法对采集的人体血液样品进行分析,所有样品中均有SCCPs和MCCPs检出,检出含量分别为10.81~65.23 ng/g湿重和31.82~105.65 ng/g湿重,其中红细胞中的SCCPs和MCCPs含量最高,其次是血浆,白细胞和血小板中的CPs含量相对较低。SCCPs和MCCPs在人体血液不同组分中的分布模式相似,SCCPs以C10-CPs为主,MCCPs以C14-CPs为主。该方法灵敏度高,操作便捷,能够满足人体血液样品的组分分离及各组分中SCCPs和MCCPs的定量分析需求。

关键词：气相色谱-电子捕获负化学源-低分辨质谱法短链氯化石蜡中链氯化石蜡样品提取与净化人体血液

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超临界流体色谱固定相的发展及在天然产物中的应用

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色谱 2023年第10期41卷 866-878页

作者：宋春颖金高娃俞东萍夏东海丰静郭志谋梁鑫淼中国科学院大连化学物理研究所中国科学院分离分析化学重点实验室辽宁大连116023 中国科学院大学北京100049 赣江中药创新中心江西南昌330000

超临界流体色谱(SFC)是以超临界流体为流动相的一种色谱方法。最广泛使用的流动相为CO_(2),可以与多种极性有机溶剂混匀,这种广泛的混溶性使得SFC流动相的极性能够扩展至比正相色谱(NPLC)和反相色谱(RPLC)流动相更宽的范围。流动相兼容... 详细信息

超临界流体色谱(SFC)是以超临界流体为流动相的一种色谱方法。最广泛使用的流动相为CO_(2),可以与多种极性有机溶剂混匀,这种广泛的混溶性使得SFC流动相的极性能够扩展至比正相色谱(NPLC)和反相色谱(RPLC)流动相更宽的范围。流动相兼容的特点决定了固定相的多样性,几乎液相色谱所有的固定相都可以应用在SFC上,既包括RPLC常用到的C18等非极性固定相,也包括NPLC常用到的硅胶等极性固定相。分析物的选择范围也得到了有效扩展,从脂类化合物逐渐发展到黄酮、皂苷及多肽等极性化合物。在SFC中,分析物的分离效果更依赖于固定相的选择。在沿用HPLC固定相的基础上,研究者也在不断地开发更适合SFC的专属固定相。多种多样的固定相共同推进了SFC在多个领域的应用,如制药、食品、环境以及天然产物等。其中天然产物因成分复杂且大多成分含量甚微而成为最有挑战的分离对象之一。得益于仪器的进步以及相关理论体系的健全,SFC的优势逐渐显现,利用SFC分离天然产物的应用也在日益增多。在过去的50年里,SFC已经发展成一种被广泛使用的高效分离技术。本文先简单地描述了SFC的特点优势以及发展过程,然后对近10年来SFC固定相的种类以及在天然产物上的应用进行了综述,并对SFC未来的发展做出了展望。

关键词：超临界流体色谱非手性固定相天然产物的分离综述

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蛋白质N-磷酸化修饰富集方法进展

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色谱 2024年第7期42卷 623-631页

作者：江波高博魏淑娴梁振张丽华张玉奎中国科学院大连化学物理研究所医学蛋白质组全国重点实验室国家色谱研究中心中国科学院分离分析化学重点实验室辽宁大连116023 中国石油大学(华东)化学化工学院山东青岛266580

蛋白质磷酸化作为一种最普遍和最重要的翻译后修饰调控着几乎所有的生命过程。随着高效富集方法和生物质谱技术的快速发展,低丰度的蛋白质O-磷酸化修饰获得了规模化鉴定,从而使其生物学功能得到较为透彻的研究。而发生在组氨酸、赖氨酸... 详细信息

蛋白质磷酸化作为一种最普遍和最重要的翻译后修饰调控着几乎所有的生命过程。随着高效富集方法和生物质谱技术的快速发展,低丰度的蛋白质O-磷酸化修饰获得了规模化鉴定,从而使其生物学功能得到较为透彻的研究。而发生在组氨酸、赖氨酸和精氨酸侧链氨基的N-磷酸化修饰,由于P-N键化学稳定性差,导致其在酸和热条件下不稳定。而目前依赖酸性条件的O-磷酸化富集方法难以适用N-磷酸化富集,导致蛋白质N-磷酸化生物功能研究严重滞后。因此,迫切需要发展针对蛋白质N-磷酸化的高效富集方法。本文首先介绍了蛋白质N-磷酸化的结构特征和已报道的生物学功能,重点综述并分析了近20年来蛋白质N-磷酸化修饰富集方法,并对每一种富集方法的优缺点进行了评述,最后对潜在的富集方法进行了展望。

关键词：蛋白质N-磷酸化生物功能富集方法综述

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基于成簇的规则间隔短回文重复序列的严重急性呼吸综合征冠状病毒2检测的最新进展

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色谱 2022年第9期40卷 773-781页

作者：周雯杨开广张丽华梁振张玉奎中国科学院大连化学物理研究所中国科学院分离分析化学重点实验室辽宁大连116023 中国科学院大学北京100049

严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)导致的新冠肺炎(COVID-19)迅速蔓延全球,给全球公共卫生系统带来了挑战。由于逆转录-定量聚合酶链反应(RT-qPCR)和抗原测试的普遍适用性和灵敏度较差,并且具有不同突变的SARS-CoV-2变体持续的出... 详细信息

严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)导致的新冠肺炎(COVID-19)迅速蔓延全球,给全球公共卫生系统带来了挑战。由于逆转录-定量聚合酶链反应(RT-qPCR)和抗原测试的普遍适用性和灵敏度较差,并且具有不同突变的SARS-CoV-2变体持续的出现,给疫情防控带来了更大的挑战,因此,高灵敏度、无需设备并且能够区分SARS-CoV-2变体的诊断方法亟须发展。基于成簇的规则间隔短回文重复序列(CRISPR)的诊断对设备要求低,具有可编程性、灵敏性和易用性,已经发展出多种核酸检测工具用于传染病的诊断,其在临床上具有巨大的应用潜力。文章聚焦于近期发表的基于CRISPR实现SARS-CoV-2检测和变体区分的最新技术,总结其特点并对其发展进行了展望。

关键词：严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2) 等温核酸扩增成簇的规则间隔短回文重复序列(CRISPR) SARS-CoV-2变体

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