G 蛋白偶聯(lián)受體 (G-Protein-coupled reptors, GPCRs) 類的膜蛋白貢獻(xiàn)了大約50%的藥物靶點(diǎn)，因此對膜蛋白的結(jié)構(gòu)表征意義重大。質(zhì)譜做為蛋白研究最主要的工具之一已經(jīng)發(fā)展的非常成熟，但由于膜蛋白一旦脫離了穩(wěn)定的天然膜環(huán)境，天然結(jié)構(gòu)就會遭到破壞，因此常規(guī)的質(zhì)譜分析方法難以對膜蛋白等非共價(jià)連接的蛋白復(fù)合物進(jìn)行研究。Native Mass 方法 (天然質(zhì)譜法) 的出現(xiàn)則使對膜蛋白或共價(jià)連接的蛋白復(fù)合物質(zhì)譜研究成為可能，Native Mass 可以在消耗少量樣品的情況下同時提供分子量、化學(xué)計(jì)量、純度等信息，更關(guān)鍵的是在這種方法下蛋白質(zhì)能保持天然的狀態(tài)，因此，Native Mass已經(jīng)成為膜蛋白等非共價(jià)連接的蛋白復(fù)合物天然結(jié)構(gòu)表征的利器。

　　Native Mass 最早被應(yīng)用在四級桿-飛行時間質(zhì)譜 (Q-TOF) 上用于膜蛋白分析，近來年在傅立葉變換質(zhì)譜 (FT-ICR) 或質(zhì)量范圍擴(kuò)展的軌道離子阱質(zhì)譜 (Orbitrap-EMR) 上，采用 Native Mass 方法研究蛋白天然結(jié)構(gòu)的報(bào)道越來越多。

　　2016年，加州大學(xué)洛杉磯分校 (UCLA) 的 Loo 教授團(tuán)隊(duì)[1]用 Bacteriorhodopsin?OGMicelle (細(xì)菌視紫紅質(zhì)-辛烷基葡糖苷膠束) 和 MSP1D1-Nd (膜骨架蛋白-納米磷脂盤復(fù)合物) 作為膜蛋白復(fù)合物的模型，比較了 Q-TOF (Waters Synapt G2)、FT-ICR (Bruker Solarix 15T FT-ICR) 和 Orbitrap-EMR (Thermo Orbitrap Exactive-Plus EMR) 三種質(zhì)譜儀器在 Native MS 時的表現(xiàn)。

　　分析結(jié)果表明 FT-ICR 和 Orbitrap-EMR 相對于 Q-TOF 能得到更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，Orbitrap-EMR (圖1b) 和 FT-ICR (圖1c) Native Mass 質(zhì)譜圖顯然比 Q-TOF (圖1a) 具有更高的信噪比 (S/N)，并且 FT-ICR 和 Orbitrap-EMR 均可以基本做到基線分離，而 Q-TOF 無法做到。另外，由于 FT-ICR 獨(dú)特的離子傳輸設(shè)計(jì)，能更好地保持蛋白 Native 狀態(tài)，因此，比 Orbitrap-EMR 更容易得到更窄的電荷價(jià)態(tài)分布，從而使質(zhì)譜圖更簡單。

　　▲ 圖1: MSP1D1-Nd 在 Q-TOF (1a)、Orbitrap-EMR (1b) 和 FT-ICR (1c) 上獲得的 Native Mass 質(zhì)譜圖。質(zhì)譜圖的右上角為去卷積后的質(zhì)量分布和電荷數(shù)分布熱圖。

　　不同的解離技術(shù)對離子活化效率比較結(jié)果顯示，相對 Q-TOF 采用的 CID (碰撞誘導(dǎo)解離)，F(xiàn)T-ICR 采用的 IRMPD (紅外多光子解離) 更容易將 DMPC 從 MSP1D1-Nd 剝離，因此，經(jīng)過解離后 MSP1D1-Nd 顆粒結(jié)合的 DMPC 數(shù)目更少，從而使MSP1D1-Nd 的譜圖更簡單 (圖2a, 2b)。

　　▲ 圖2: 在 Q-TOF 平臺采用 CID 離子解離時 MSP1D1-Nd 的質(zhì)譜圖 (2a);在 FT-ICR 采用 IRMPD 離子活化時 MSP1D1-Nd 的質(zhì)譜圖 (2b)。

　　FT-ICR 在分析中的獨(dú)特優(yōu)勢，使其成為 Loo 教授團(tuán)隊(duì) Native Mass 研究首選質(zhì)譜平臺，并在近期完成了多項(xiàng)開創(chuàng)性研究，包括利用 FT-ICR 在 Native Mass 條件下進(jìn)行 Top-down 分析，研究蛋白和蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)[2]，并將 Native Mass 與 Top-down 技術(shù)相結(jié)合，用于研究蛋白序列與高級結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系[3]，還利用 Native Mass 分析方法，精確測定了 ADC (Antibody Drug Conjugates) 的 DAR (Drug Antibody Ratio)[4]。

　　[1] Iain D.G. Campuzano, et al., Anal. Chem., 2016, 88(24), 12427-12436

　　[2] Huilin Li, et al., Anal.Chem., 2017, 89(5), 2731-2738

　　[3] HuilinLi, et al., Nat. Chem.,2018, 10, 139-148

　　[4] Iain D. G. Campuzano,et al., Anal. Chem., 2018, 90(1), 745-751