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中国科学:化学 2025年第4期55卷 962-976页

作者：王科云李海涛叶明亮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大连116023 中国科学院大学北京100049 清华大学基础医学院北京100084

蛋白质甲基化修饰在细胞生理过程中发挥着重要的调控作用.为实现蛋白质甲基化的深入研究,发展高效的分析技术十分关键.随着蛋白组学技术的不断完善发展,蛋白质甲基化的高通量研究已取得了巨大的突破.蛋白质甲基化分析技术的研究大致包括... 详细信息

蛋白质甲基化修饰在细胞生理过程中发挥着重要的调控作用.为实现蛋白质甲基化的深入研究,发展高效的分析技术十分关键.随着蛋白组学技术的不断完善发展,蛋白质甲基化的高通量研究已取得了巨大的突破.蛋白质甲基化分析技术的研究大致包括:甲基化修饰位点的鉴定分析、甲基转移酶的催化机制研究和蛋白质甲基化相关的相互作用分析.近年来,在这些研究领域,相关的分析技术都取得了显著的进展,本评述从上述方面展开,介绍了蛋白质甲基化研究的最新进展情况.

关键词：蛋白组学蛋白质甲基化翻译后修饰甲基转移酶

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外泌体分离富集技术及其在疾病诊疗中的应用

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色谱 2025年第5期43卷 434-445页

作者：侯国姗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辽宁大连116023 中国科学院大学北京100049

外泌体是由细胞分泌的脂质双分子层包裹的纳米级囊泡颗粒,携带多种蛋白质、脂质、核酸、代谢物等成分,广泛存在于各种体液中,是细胞间通讯的重要介质。外泌体参与免疫调节、血管生成、肿瘤发生和转移等多种生理病理过程,在临床诊疗中具... 详细信息

外泌体是由细胞分泌的脂质双分子层包裹的纳米级囊泡颗粒,携带多种蛋白质、脂质、核酸、代谢物等成分,广泛存在于各种体液中,是细胞间通讯的重要介质。外泌体参与免疫调节、血管生成、肿瘤发生和转移等多种生理病理过程,在临床诊疗中具有巨大潜力。首先,外泌体来源丰富、结构稳定、反映亲本细胞状态,有望成为疾病的新型诊断标志物。其次,干细胞来源的外泌体具有治疗潜力,且具有低免疫原性、高安全性和易于存储等优点,对神经退行性疾病、心血管疾病和癌症等疾病具有治疗潜力。另外,外泌体生物相容性好,具有天然的归巢性能,易穿透生物屏障,是优良的药物递送载体。外泌体的分离富集是其下游分析和应用的前提,高纯度、高收率、高通量的分离方法将有助于发挥外泌体在临床诊疗中的应用潜力。基于外泌体的密度、尺寸、电荷、表面成分等物理化学性质,外泌体分离方法主要分为基于密度的分离方法、基于尺寸的分离方法、聚合物沉淀法以及化学亲和法等。本文对目前外泌体分离富集技术的最新进展进行了归纳总结,并对其在疾病诊断标志物筛选、干细胞来源外泌体用做治疗剂以及外泌体用做药物递送载体等应用进行了介绍,最后对面向疾病诊疗的外泌体分离富集技术的未来发展趋势进行了展望。

关键词：外泌体分离富集疾病诊疗

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多形汉逊酵母细胞工厂实现甲醇生物转化合成3-羟基丙酸

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Chinese Journal of Catalysis 2023年第3期46卷 84-90页

作者：禹伟高教琪姚伦周雍进中国科学院大连化学物理研究所生物技术研究部辽宁大连116023 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 中国科学院大连化学物理研究所能源生物技术大连市重点实验室辽宁大连116023 中国科学院大学北京100049

3-羟基丙酸(3-HP)是公认的高附加值化学品之一,可用于合成多种化学品,例如丙烯酰胺、丙烯酸、1,3-丙二醇以及可降解塑料.目前3-HP的生物合成过程均以糖为原料,且需求不断增长,亟需寻找不依赖耕地的替代原料.碳一资源来源广泛,是理想的... 详细信息

3-羟基丙酸(3-HP)是公认的高附加值化学品之一,可用于合成多种化学品,例如丙烯酰胺、丙烯酸、1,3-丙二醇以及可降解塑料.目前3-HP的生物合成过程均以糖为原料,且需求不断增长,亟需寻找不依赖耕地的替代原料.碳一资源来源广泛,是理想的生物制造原料.其中,甲醇可由煤、天然气制得,也可由CO_(2)加氢制备.多形汉逊酵母作为典型的甲基营养型酵母,能够以甲醇为唯一碳源和能源进行生长,并且能够耐受高温、高渗透压和低pH等条件,是非常优秀的工业菌株.近年来基因编辑技术的发展,大大加快了多形汉逊酵母代谢工程改造,有望构建高效细胞工厂,实现甲醇生物转化.本文以多形汉逊酵母为宿主,系统改造其细胞代谢实现甲醇高效转化为3-HP.由于汉逊酵母自身不能合成3-HP,因此需要表达来源于Chloroflexus aurantiacus的3-HP合成途径关键基因MCR,该途径以乙酰-CoA和丙二酰-CoA为前体,以还原力NADPH为辅因子.首先优化MCR表达,采用融合蛋白并结合甲醇诱导型启动子PAOX基因组整合MCR表达, 3-HP合成效率最高;其次,强化供应前体乙酰-CoA以及丙二酰-CoA,使3-HP产量提高26%;进一步改造氧化磷酸戊糖途径以增强辅因子NADPH的供应,使3-HP产量提高30%;最后,将增强前体和辅因子供应的有效策略结合,工程菌HP15相比出发菌HP07摇瓶发酵3-HP产量提高135%,达到1.45 g/L.通过摇瓶补料分批发酵, 3-HP产量达到7.10 g/L,得率达到0.14 g/g甲醇,为目前报道碳一资源合成3-HP的较高产量,表明多形汉逊酵母作为甲醇细胞工厂合成化学品具有很好的潜力.预期结合“液态阳光”CO_(2)制备甲醇技术以及甲醇生物转化过程,有望将CO_(2)制备成高附加值化学品,有助于实现碳中和.

关键词：多形汉逊酵母甲醇生物转化代谢工程 3-羟基丙酸碳中和

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基于色谱-质谱联用的暴露组学分析方法和研究范式的新进展

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色谱 2024年第2期42卷 109-119页

作者：由蕾孙国皓于迪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

人类疾病的发生、发展受环境因素和遗传因素的共同影响,仅从遗传基因角度开展研究,不能有效地揭示疾病的发生机制,因而近年来环境因素对疾病发生、发展的影响受到了学界的广泛关注。暴露组学关注个体一生中所有暴露因素的测量,以及这些... 详细信息

人类疾病的发生、发展受环境因素和遗传因素的共同影响,仅从遗传基因角度开展研究,不能有效地揭示疾病的发生机制,因而近年来环境因素对疾病发生、发展的影响受到了学界的广泛关注。暴露组学关注个体一生中所有暴露因素的测量,以及这些暴露因素与疾病建立联系的机制,为推动人类健康与环境因素之间的关系研究提供了新思路。由于外源性化学物质具有数量众多、理化性质各异、在体内含量极低等特性,对其进行测量会面临诸多挑战。基于色谱-质谱联用的暴露组分析技术兼具色谱的高效分离能力和质谱的高分辨率、高灵敏度特性,可以实现暴露组的高覆盖、高通量、高灵敏度检测,已成为暴露组学研究的主要分析技术。基于色谱-质谱联用的暴露组学分析方法主要包括靶向定量分析、可疑物筛查和非靶向筛查。除此之外,为了探究环境暴露与疾病发生、发展的关系,研究者发展了包括暴露组关联研究、混合暴露研究以及暴露组学与多组学(基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学)关联研究等的多种研究范式,这些方法的出现为暴露组学研究带来了空前的发展前景。本文综述了基于色谱-质谱联用技术的暴露组学分析方法和暴露组学研究范式,并对暴露组学的未来发展进行了展望。

关键词：色谱-质谱暴露组学代谢组学多组学关联研究综述

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市售聚氯乙烯(PVC)塑料制品中短链及中链氯化石蜡含量分析及排放预测

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环境化学 2024年第11期43卷 3678-3687页

作者：于浩然高媛张海军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大连116023 中国科学院大学北京100049

氯化石蜡(chlorinated paraffins,CPs)是一系列正构烷烃氯代混合物,常用作阻燃和塑化添加剂.其中,短链氯化石蜡(SCCPs)和中链氯化石蜡(MCCPs)具备典型持久性有机污染物属性.作为聚氯乙烯(PVC)最大的生产和消费国,我国约有70%CPs产品被... 详细信息

氯化石蜡(chlorinated paraffins,CPs)是一系列正构烷烃氯代混合物,常用作阻燃和塑化添加剂.其中,短链氯化石蜡(SCCPs)和中链氯化石蜡(MCCPs)具备典型持久性有机污染物属性.作为聚氯乙烯(PVC)最大的生产和消费国,我国约有70%CPs产品被添加到PVC塑料当中,其添加SCCPs和MCCPs的含量水平和潜在排放暴露风险需要重点关注.本研究采用气相色谱-静电场轨道阱高分辨质谱(GC-Orbitrap-HRMS)检测市售5类25种典型PVC塑料中SCCPs和MCCPs水平.结果表明,塑料中SCCPs和MCCPs的浓度范围为0.010—64.2 mg·g^(−1)和0.002—50.9 mg·g^(−1),不同样品间的SCCPs和MCCPs的含量差异明显,浓度水平依次为线缆>地毯/垫>地板革>硬管>布线槽.不同材料中SCCPs同系物分布存在差异,线缆护套和地毯/垫中C_(13)-CPs为SCCPs的主要同族体,地板革中SCCPs以C_(10)-CPs为主,硬管和布线槽中各碳同族体相对丰度无显著差异.MCCPs在所有材料中分布模式相似,均以C_(14)-CPs为主.SCCPs以Cl_(7)和Cl_(8)为主,MCCPs的氯分布更为集中,以Cl_(8)为主.通过排放预测模型评估了5类PVC塑料中SCCPs和MCCPs向空气、地表水和土壤中的年最大排放量,分别为2.73 kt(空气)、0.82 kt(地表水)以及0.11 kt(土壤),确定PVC塑料的生产及使用是环境中SCCPs和MCCPs的重要排放源.

关键词：气相色谱-静电场轨道阱高分辨质谱短链氯化石蜡中链氯化石蜡 PVC塑料排放评估

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遗传算法自适应在线优化多次反射飞行时间质谱性能的方法

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分析化学 2023年第7期51卷 1105-1111页

作者：张陶陈懿陈平曹艺雪田地花磊李海洋吉林大学仪器科学与电气工程学院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

合适的电压参数对飞行时间质谱（TOFMS）的灵敏度和分辨率至关重要。复杂质谱仪的离子光学系统电压参数多、要求精度高，安装和调试存在极大的困难。此外，受机械精度、环境条件和仪器部件老化等因素的影响，最优电压参数组合通常无法... 详细信息

合适的电压参数对飞行时间质谱（TOFMS）的灵敏度和分辨率至关重要。复杂质谱仪的离子光学系统电压参数多、要求精度高，安装和调试存在极大的困难。此外，受机械精度、环境条件和仪器部件老化等因素的影响，最优电压参数组合通常无法与仿真设计参数匹配。本研究提出一种遗传算法自适应在线优化TOFMS性能的方法，并在自行搭建的多次反射飞行时间质谱（MR-TOFMS）装置上，分别开展了2个电压参数的步长扫描优化实验和5个电压参数的自适应优化实验。相比步长扫描法，自适应优化方法在2.25 h内完成了5个电压参数的宽范围、高精度全局搜索，优化后质谱仪的灵敏度和分辨率较扫描优化方法分别提升了52.4%和50.6%。结果表明，自适应优化方法在调试和提升复杂质谱仪性能方面具有巨大潜力。

关键词：飞行时间质谱离子光学自适应优化遗传算法

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短链氯化石蜡对人体正常肝细胞的代谢干扰

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色谱 2024年第2期42卷 176-184页

作者：罗云耿柠波陈双双程琳张海军陈吉平临沂大学医学院山东临沂276005 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

短链氯化石蜡(SCCPs)是一类新兴的持久性有机污染物,广泛存在于环境基质和人体样本中。SCCPs具有环境持久性以及远距离迁移能力,能够在生物体内积累并具有广泛的生物毒性效应,威胁着人类健康。本研究采用代谢组学方法评估了低剂量组(1μ... 详细信息

短链氯化石蜡(SCCPs)是一类新兴的持久性有机污染物,广泛存在于环境基质和人体样本中。SCCPs具有环境持久性以及远距离迁移能力,能够在生物体内积累并具有广泛的生物毒性效应,威胁着人类健康。本研究采用代谢组学方法评估了低剂量组(1μg/L)、中剂量组(10μg/L)以及高剂量组(100μg/L)的SCCPs暴露对人体正常肝细胞L02的代谢干扰。主成分分析(PCA)与代谢扰乱水平指数(MELI)计算结果表明3个剂量组的SCCPs均能够引起L02细胞代谢活动的紊乱。在3个暴露组中,72个差异代谢物经二级质谱图信息定性或标准品验证。其中,1μg/L SCCPs暴露组与10μg/L SCCPs暴露组、100μg/L SCCPs暴露组分别有33个、36个相同的差异代谢物。10μg/L SCCPs暴露组与100μg/L SCCPs暴露组有46个相同的差异代谢物。3个暴露组有33个相同的差异代谢物。在72个经二级质谱图信息定性或标准品验证的差异代谢物中,参与氨基酸代谢、核苷酸代谢和脂质代谢通路的差异代谢物分别有9、9以及45个。富集通路分析结果表明:SCCPs对L02细胞的代谢干扰主要表现在脂质代谢、脂肪酸β氧化以及核苷酸代谢通路上,且中、高剂量的SCCPs暴露引起更广泛的代谢通路的紊乱。SCCPs暴露干扰了甘油磷脂以及鞘脂类的代谢通路,其中,磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺以及鞘磷脂丰度的显著变化表明SCCPs暴露对细胞的生物膜有一定的损伤。同时,SCCPs暴露通过降低短链和中链酰基肉碱的含量抑制L02细胞中脂肪酸β氧化,提示细胞通过氧化脂肪酸供能减少。值得注意的是,与中剂量和低剂量SCCPs相比,高剂量的SCCPs暴露对脂肪酸β氧化的抑制作用更强。此外,SCCPs暴露诱导了核苷酸代谢通路的紊乱。次黄嘌呤水平显著升高提示SCCPs暴露可能诱导了L02细胞的缺氧、活性氧增多或者致癌等相关不良效应。

关键词：液相色谱质谱短链氯化石蜡肝细胞代谢组学脂质代谢核苷酸代谢

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捕集离子迁移谱技术及应用进展

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分析化学 2023年第11期51卷 1703-1713页

作者：张根伟杨杰杨其穆徐一仟蒋丹丹王卫国陈创国民核生化灾害防护国家重点实验室中国科学院大连化学物理研究所仪器分析化学研究室

近年来，伴随大气压离子源和离子操控等技术的发展，离子迁移谱被广泛用于质谱的前级分离，在分析领域发挥了重要作用。随着检测对象复杂度的增加，要求离子迁移谱具有更高的分辨能力和灵敏度。捕集离子迁移谱是近年出现的一种具有超高... 详细信息

近年来，伴随大气压离子源和离子操控等技术的发展，离子迁移谱被广泛用于质谱的前级分离，在分析领域发挥了重要作用。随着检测对象复杂度的增加，要求离子迁移谱具有更高的分辨能力和灵敏度。捕集离子迁移谱是近年出现的一种具有超高分辨能力的离子迁移谱技术，并且具有离子富集存储功能，该技术与质谱联用已经发展出多款商品化仪器。本文评述了捕集离子迁移谱技术及其应用的最新进展。首先，介绍了捕集离子迁移谱的工作原理及离子迁移率K的标定策略；在此基础上，阐释了捕集离子迁移谱的工作参数对分辨能力的影响以及优缺点；然后，介绍了不同结构与操作方式的捕集离子迁移谱与质谱联用技术在分析领域中的应用及存在的问题；最后，展望了捕集离子迁移谱未来的发展趋势。

关键词：捕集离子迁移谱离子迁移谱-质谱联用离子迁移率标定离子碰撞截面并行离子富集评述

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一种基于疏水基团标记和反相色谱分离的富集策略及其在含赖氨酸多肽分析中的应用

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色谱 2024年第7期42卷 721-729,I0002-I0006页

作者：何宇单亦初张丽华张振宾李洋宁波大学新药技术研究院浙江宁波315211 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

赖氨酸(K)已被广泛用于靶向赖氨酸的交联剂设计、蛋白质复合物的结构解析以及蛋白质-蛋白质相互作用等研究领域。在基于液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)联用技术的“鸟枪法”蛋白质组学研究中,复杂生物样品中的蛋白质被酶切成上万条肽段,... 详细信息

赖氨酸(K)已被广泛用于靶向赖氨酸的交联剂设计、蛋白质复合物的结构解析以及蛋白质-蛋白质相互作用等研究领域。在基于液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)联用技术的“鸟枪法”蛋白质组学研究中,复杂生物样品中的蛋白质被酶切成上万条肽段,为直接分析含有K的肽段带来了巨大挑战。鉴于目前缺乏针对含K多肽的有效富集方法,本工作发展了一种基于疏水标记试剂C10-S-S-NHS和反相色谱分离的方法(简称HYTARP),实现对复杂样品中含K多肽的高效富集和鉴定。合成的C10-S-S-NHS试剂可以高效标记含不同数目K的标准肽段,且对HeLa细胞蛋白酶解肽段的标记效率高达96%。通过考察标记肽段在反相色谱中的保留行为,发现大部分被标记的含K肽段在流动相中乙腈比例升高至约57.6%(v/v)时开始洗脱。进一步优化色谱洗脱梯度,发现阶梯式洗脱能够实现对复杂样品酶解肽段中标记的K肽段的高效分离和富集。富集后样品中含K肽段的占比>90%,较富集前提高了35%。富集的含K肽段对应蛋白质的丰度动态范围跨越了5~6个数量级,实现了对复杂样品中低丰度蛋白质的鉴定。综上,本工作发展的HYTARP策略为降低样品复杂度、提高含K肽段及低丰度蛋白质的鉴定覆盖率提供了一种简单、高效的方法。

关键词：疏水基团标记富集液相色谱-串联质谱含赖氨酸多肽

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超电荷试剂在蛋白质紫外激光解离质谱表征中的应用研究

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质谱学报 2022年第6期43卷 707-716,I0004页

作者：赵恒刘哲益郭永杰杨诗蕊王方军中国科学院大连化学物理研究所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

本文采用193 nm紫外激光解离质谱(UVPD-MS)研究非变性电喷雾条件下,超电荷试剂环丁砜对蛋白质序列、结构表征的影响。UVPD可在5 ns内对保持高级结构和非共价相互作用的不同价态碳酸酐酶进行快速激发解离,解离序列覆盖率达79.8%,具有较... 详细信息

本文采用193 nm紫外激光解离质谱(UVPD-MS)研究非变性电喷雾条件下,超电荷试剂环丁砜对蛋白质序列、结构表征的影响。UVPD可在5 ns内对保持高级结构和非共价相互作用的不同价态碳酸酐酶进行快速激发解离,解离序列覆盖率达79.8%,具有较高的解离结构选择性。超电荷试剂环丁砜的引入可显著增加非变性电喷雾产生的碳酸酐酶离子的电荷数目,UVPD解离序列覆盖率提升至87.2%,实现对难解离区域的位点覆盖和序列、结构表征。加入环丁砜后,碳酸酐酶仍能保持高级结构谱学特征及与锌离子的非共价结合,锌离子结合区域等大部分结构区域的UVPD位点解离效率未见显著变化。但是,电荷数目的增加存在引起蛋白质局部结构变化的风险。

关键词：紫外激光解离(UVPD) 非变性质谱(nMS) 蛋白质超电荷试剂环丁砜

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