文献解读丨适用于小分子和生物大分子常规MALDI-MS分析的辅助基质
本文由中国药科大学国家重点自然药物实验室药物代谢与药代动力学重点实验室所作，发表于Analytical and Bioanalytical Chemistry (2019) 411:1041–1052。
基质辅助激光解吸/电离质谱(MALDI-MS)分析存在结晶不均匀、重现性差、灵敏度低等问题。为了有效地提高MALDI-MS的性能，首次将氧化石墨烯（GO）用作2,5-二羟基苯甲酸（DHB）、α-氰基-4-羟基氰基肉桂酸（CHCA）、2,4,6-三羟基苯乙酮（THAP）和3,5-二甲氧基-4-羟基肉桂酸（SA）等常规基质的辅助基质，用于分析不同MALDI-MS体系中的小分子和生物大分子。
结果表明，DHB-GO复合基质比单用DHB基质具有更好的晶体均匀性、更好的重现性、更高的灵敏度和更好的线性度，可用于他汀类药物在iMScope上的组织成像。
此外，DHB-GO显著提高了MALDI-TOF-MS在干燥液滴中他汀类药物分析的spot-to-spot和shot-to-shot重现性、晶体均一性、灵敏度和线性。与GO的联合应用同样可以大大提高THAP对脂质的分析能力。THAP-GO复合基质有望在基于MALDI-MS的脂质体研究中得到广泛应用。
实验还发现，CHCA-GO对多肽具有良好的分析性能。SA-GO复合基质可显著提高完整蛋白质的灵敏度和重现性。更重要的是，复合基质产生的更好的再现性充分表明，低浓度（0.1 mg/mL）的GO几乎不会对MALDI-MS系统造成污染。因此，GO被证明是基于MALDI-MS的小分子和生物大分子常规分析的通用辅助基质。
使用仪器：AXIMA performance和iMScope
AXIMA Performance
iMScope TRIO
图1以DHB (a)和DHB-GO (b)为基质生成的LOV和SIM的代表性质谱
使用DHB (c)和DHB-GO (d)作为基质生成的LOV(左)和SIM(右)的组织成像
图2 以DHB为基质生成的LOV (a)和SIM(b)的质谱成像（200 ng/spot）
以DHB-GO为基质生成的LOV (c)和SIM(d)的质谱成像（200 ng/spot）。LOV的平均强度-数量校准曲线(e)，LOV与SIM的平均强度比-数量校准曲线(f)
图3 THAP (a)和THAP- GO (b)基质在MALDI板上的光学图像
分别以THAP(蓝线)、GO(绿线)、THAP-GO(红线)为基质，用MALDI-TOF MS测得的Cer (c)、LPE (d)和DSPG (e)的代表性质谱
MALDI质谱因其高通量、宽质量范围、低样品消耗、适度的耐盐污染性而被广泛应用于各类化合物的分析。然而，必须指出的是，MALDI质谱也会有一些缺点，包括重现性差和灵敏度低。目前，应用最广泛的基质是弱有机酸。为了扩大MALDI MS的应用范围和提高其性能，人们在开发新型基质方面做了很多努力。
由于碳材料具有独特的物理特性和良好的生物相容性，人们建议将其作为检测小分子肽、氨基酸、糖类、药物、环境污染物、蛋白质和聚合物的替代基质。然而，其主要缺点在于碳纳米材料可能难以紧紧附着在靶板上，从而在真空下从靶板上逃逸，造成仪器污染。此外，碳基基质的低溶解度和较差的分散性往往导致MALDI TOF质谱的灵敏度和重现性不佳。当然，高浓度的碳材料可能会加重仪器的污染和结晶的不均一性。
本研究旨在开发新型复合基体，发挥传统有机分子和碳材料的优势，避开它们的缺点，进而提高MALDI MS的性能。在此过程中，利用新型复合基质(DHB-GO、THAP-GO、CHCA-GO和SA GO)，在iMScope和MALDI-TOF质谱系统上分析小分子、脂类、多肽和蛋白质，系统地研究了氧化石墨烯作为辅助基质的可行性和优势。
结果表明，与传统的基质相比，它具有几个关键的优点。首先，DHB-GO复合基质与单一DHB基质相比，结晶更加均匀，灵敏度更高，重现性更好，对小分子组织成像和干燥液滴分析具有良好的线性。
到目前为止，已有10多种不同的小分子药物(他汀类、人参皂苷类、黄酮类等)在两种不同的MALDI质谱(iMScope和MALDI-TOF质谱)上进行分析。结果表明，GO对MALDI质谱性能的影响，特别是在灵敏度、重现性和线性方面，严重依赖于基质化合物类型和仪器本身。同样，联合使用GO可以大大提高THAP的脂质分析性能，THAP-GO复合基质有望在MALDI MS脂质体研究中得到广泛应用。
此外，CHCA-GO基质比单一CHCA基质具有更好的结晶均一性、重现性和灵敏度，SA-GO可以大大提高SA对完整蛋白的分析性能。CHCA-GO或SA-GO可能比常规使用CHCA或SA更适合于脂质和蛋白质分析。特别值得一提的是，低含量的GO (0.1 mg/ mL)可以极大地降低仪器污染的风险。
总之，我们的研究表明，在基于MALDI MS的组织成像和小分子和生物大分子的干燥液滴分析中，联合使用GO可以对传统基质的性能产生有益的影响。
文献题目
《An auxiliary matrix for routine analysis of small molecules and biological macromolecules using matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry》
使用仪器
岛津AXIMA performance和iMScope
作者
Zhangpei Zhu 1, Jiajia Shen 1, Dawei Wang 2, Chong Chen 1, Yangfan Xu 1, Huimin Guo 1, Dian Kang 1, Naoki Hamada 3, Jing Dong 3,Guangji Wang 1,Yan Liang 1
1.Key Lab of Drug Metabolism&Pharmacokinetics, State Key Laboratory of Natural Medicines, China Pharmaceutical University Tongjiaxiang 24, Nanjing 210009, China
2.Affiliated Hospital of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine, Nanjing University of Chinese Medicine, Shizi Street 100,Nanjing 210028, China
3.Shimadzu China Mass Spectrometry Center, No 16 Chao Yang Men Wai Street, Chaoyang District, Beijing 100020, China
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