案例研究 | 安捷伦离子淌度质谱助力推进多聚糖结构分析

多聚糖结构分析本身具有挑战性，同时也有着重要的生物学意义。分析的挑战性在于多聚糖的支链性质会导致广泛的异构性，意味着相同分子量的多聚糖可以具有多种不同的结构。而其重要性在于多聚糖在生物学中起着许多关键性作用，确切了解多聚糖的功能的确切性质与其结构密切相关。

由于缺乏准确表征的标准品，多聚糖结构分析的发展十分艰难，此类标准品对于开发明确的鉴定方法至关重要。正如 Sastre Toraño 博士所说，“许多识别复杂混合物中未知分子的方法依赖于将某些物理或谱图特性与已知特性的文库进行比较，以便实现阳性鉴定。但这类‘指纹图谱’方法的效果取决于使用的文库。”

02 打下坚实的基础

Sastre Toraño 博士利用分析化学方面的专业背景来解决这一问题，他提出了一种强有力的新方法，可以准确鉴定异构 N-糖的结构，该方法基于离子淌度质谱 (IM-MS)，并结合每种多聚糖独有的到达时间分布 (ATD)  分析，这一方法使用 Agilent 6560 离子淌度 LC/Q-TOF，并使用 HRdm 2.0 软件进行后处理。

“鉴于这些生物样品的复杂性，我们需要使用质谱法，但多聚糖具有异构性，因此确定其具体结构仍然很困难。”他解释道，“目前，许多研究从生物样品中获得了复杂的多聚糖混合物，但这些分子是什么呢？是异构体？还是构象异构体？这些问题都具有生物学意义。”

没有明确的标准品，就很难明确分子结构。他继续解释道：“我们要做的第一件事就是解决现有多聚糖文库的不足。我们团队开创了利用化学酶合成多聚糖的先河，使用的组合中包含大约 100 种酶，基本上能够合成所有天然存在的多聚糖。然后，我们使用这些化合物创建分析方法，来阐明未知样品中存在的多聚糖的确切结构。”

03 两项技术的经验

另一个关键决策涉及分析方法的选择。“至少从 1980 年代起，到目前为止，研究所做的大部分工作都使用了 MS/MS，非常费时费力。”Sastre Toraño 博士说，“极少有研究会用到离子淌度 MS。我对离子淌度技术非常感兴趣，我了解气相分离这些分子的一些潜在优势。我有两种非常了解的样品（复杂的多聚糖混合物），当我使用现有的 IM-MS 仪器分析它们时，我发现结果看起来非常不同，很有分析前景。似乎每种异构体都给了我们不同的信号，我们可以利用这些差异来鉴定未知物。那时，我们决定购买 Agilent 6560 高分辨率质谱仪。”

“我们知道 6560 离子淌度质谱仪可以提供的良好分离效果，加上 HRdm 2.0 结果会更好。我们很快意识到，我们不仅可以分离异构体，实际上，我们还可以分离和识别不同的构象异构体，其结构的差异仅在于围绕单键的旋转方式不同。”Sastre Toraño 博士说，“这超出了我们的预期。现在我们获得了一个非常详细的指纹图谱，可以鉴别样品中的所有基本结构。我们能够高通量地完成所有工作，这对我们来说意义非凡，因为使用以前的方法进行分析需要漫长的时间。”

Agilent 6560 离子淌度质谱仪的速度和准确性为多聚糖分析研究打开了新世界，Sastre Toraño 博士已经看到了其他多聚糖实验室对此的极大兴趣。“我们收到了不同研究机构提出的大量问题。大多数情况下，他们感兴趣的是与目标生物过程相关的特定多聚糖，例如他们想知道唾液酸是如何连接的，因为他们无法进行鉴定。这些化合物通常已经包含在我们的文库中，我们可以非常快速地识别确切的结构。”

Agilent 6560 离子淌度质谱仪的另一个（可能影响深远）好处是，其他实验室不需要利用标准品进行鉴定，只要他们知道多聚糖的 ATD，就能直接完成鉴定。Sastre Toraño 博士说：“我们认为，即使对于使用不同类型的仪器确定的 ATD，也可以鉴定。对于实验室来说，可以交换和比较数据能带来巨大的优势。”

04 开启更深层次理解的新钥匙

Sastre Toraño 博士打算将他新开发的方法应用于何处？“正如我所说，我是一名分析化学家。”他回答道，“最终，我将继续应对下一个分析挑战。但是这项技术为解决这么多有趣的生物学问题开辟了新途径，我可能会更多地专注于生物学研究一段时间。我认为目前的许多问题都可以通过鉴定所涉及的多聚糖结构来解答。”

可能适用的应用之一是流感的研究。“多聚糖是识别分子；糖基化可以控制免疫系统功能，细胞间相互作用和细胞-病原体相互作用。”他说，“例如，流感病毒与 2-6 连接唾液酸结合，而禽流感病毒与 2-3 连接唾液酸结合。有时我们会发现受体转换，比如禽流感病毒也可以与人体细胞结合。现在我们有机会开始更仔细地研究这种情况的发生方式，并且使用 IM-MS 可以很快得到答案。”