CN110118848A - 磷胺类寡糖非还原胺化衍生试剂及其寡糖衍生化方法 - Google Patents

磷胺类寡糖非还原胺化衍生试剂及其寡糖衍生化方法 Download PDF

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Abstract

磷胺类寡糖非还原胺化衍生试剂及其寡糖衍生化方法，涉及寡糖非还原胺化衍生试剂。所述磷胺类寡糖非还原胺化衍生试剂包括季磷盐酰肼类化合物和季磷盐氧胺类化合物。以麦芽五糖为寡糖模型，将季磷盐酰肼类或季磷盐氧胺类寡糖衍生化试剂的水‑甲醇溶液与麦芽五糖水溶液混合，水浴反应，利用MALDI‑MS考察季磷盐酰肼类寡糖衍生化试剂对麦芽五糖的衍生化效果；以核糖核酸酶B上连接的寡糖及鸡卵清蛋白上连接的寡糖为寡糖来源，考察对高分子量寡糖、复杂寡糖库的衍生化效果及质谱增敏效应。可广泛应用到各种还原性寡糖及复杂寡糖库；一步衍生化；反应时间短。采用LC‑ESI‑MS中的色谱峰面积计算衍生化效率而非质谱强度，结果更为准确。

Description

磷胺类寡糖非还原胺化衍生试剂及其寡糖衍生化方法
技术领域
本发明涉及寡糖非还原胺化衍生试剂，尤其是涉及含季磷盐结构单元的酰肼类化合物或季磷盐氧胺的磷胺类寡糖非还原胺化衍生试剂及其寡糖衍生化方法。
背景技术
在各种蛋白质翻译后修饰类型中，糖基化是重要的形式之一(Palaniappan andBertozzi,2016)，这种翻译后修饰的形式与许多细胞活动息息相关，例如细胞间相互作用、信息传递、细胞识别等(Ying et al.,2015)，其生物功能的多样性源于寡糖的结构复杂性。蛋白糖基化异常与许多疾病息息相关(Sato et al.,2001)，故对糖蛋白的种类、含量、结构等进行快速准确鉴定，从而将其用于疾病早期诊断等方面具有重要意义。在诸多技术手段中，质谱技术因其快速、灵敏、样品消耗量少等特点在寡糖结构的分析、鉴定中发挥了越来越重要的作用(Hahne et al.,2012)。
寡糖在质谱中的离子化效率较低(Stavenhagen et al.,2013)，一直制约着质谱技术在糖检测领域的发展，因此,研究者通常对寡糖进行衍生化来提高其在质谱中的离子化效率。传统的还原胺化衍生化方法需要用到硼氢化钠等毒性较高的还原试剂(Anumulaand Dhume,1998)，且需要繁琐的分离纯化步骤，容易造成样品损失。后来又发展了非还原胺化衍生化法，如利用3-氨基喹啉、2-氨基吡嗪及苯胺作为非还原胺化衍生化试剂(Marionet al.,2010)。
研究表明，季磷盐在质谱中具有较强的信号响应(Gao et al.,2015)。将寡糖还原醛基端用季磷盐探针标记后进行MALDI-MS检测，发现季磷盐基团可以有效增强寡糖的MALDI质谱信号及信噪比。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有较强质谱增敏效应,将季磷盐在质谱中的增敏效应、酰肼或氧胺与还原糖的非还原胺化反应相结合，产生固定阳离子，获得更高质谱增敏响应，整体工艺简便、易行的磷胺类寡糖非还原胺化衍生试剂及其寡糖衍生化方法。
所述磷胺类寡糖非还原胺化衍生试剂包括季磷盐酰肼类化合物(例如，P4HZD)和季磷盐氧胺类化合物(例如P4AOY)。
所述季磷盐酰肼类化合物的结构式为：
所述季磷盐氧胺类化合物的结构式为：
所述磷胺类寡糖非还原胺化衍生试剂在酸性甲醇-水混合溶剂中使寡糖衍生化的反应，使用还原性寡糖为寡糖原料，含季磷盐结构单元的两类磷胺化合物为衍生化试剂，在酸性甲醇-水混合溶剂中反应生成两类磷胺化合物衍生化寡糖。
所述磷胺类寡糖非还原胺化衍生试剂的寡糖衍生化方法包括以下步骤：
1)以麦芽五糖为寡糖模型，将季磷盐酰肼类或季磷盐氧胺类寡糖衍生化试剂的水-甲醇溶液与麦芽五糖水溶液混合，水浴反应，利用MALDI-MS考察季磷盐酰肼类寡糖衍生化试剂对麦芽五糖的衍生化效果；
在步骤1)中，所述季磷盐酰肼类或季磷盐氧胺类寡糖衍生化试剂与麦芽五糖水溶液的体积比可为200μL︰50μL；所述水-甲醇中的体积比可为1︰1，水-甲醇中含0.1％HAc，浓度100μM；所述麦芽五糖水溶液的浓度可为10μM，麦芽五糖水溶液中含体积百分浓度0.1％HAc；所述水浴反应的温度可为45℃，水浴反应的时间可为0.5h。
2)以核糖核酸酶B上连接的寡糖及鸡卵清蛋白上连接的寡糖为寡糖来源，考察对高分子量寡糖、复杂寡糖库的衍生化效果及质谱增敏效应。
与现有的方法相比，本发明具有以下突出优点：
1)可以广泛应用到各种还原性寡糖及复杂寡糖库(单糖、寡糖及寡糖库)；
2)一步衍生化；
3)反应时间短(约0.5h)；
4)采用LC-ESI-MS中的色谱峰面积计算衍生化效率而非质谱强度，结果更为准确；
5)对寡糖的衍生，其质谱中响应信号及信噪比提高约10倍以上；对单糖的衍生，其质谱中响应信号提升约600倍以上(以P4HZD为例)。P4AOY在质谱中的信号响应没有P4HZD强，但依然有较好的信号增敏效应。
附图说明
图1是以单糖为例，酰肼类衍生化试剂P4HZD作为非还原胺化衍生化试剂的寡糖衍生化方法原理示意图。
图2是以单糖为例，氧胺类衍生化试剂P4AOY作为非还原胺化衍生化试剂的寡糖衍生化方法原理示意图。
图3是在未优化条件下P4HZD衍生化葡萄糖添加13C6标记葡萄糖内标EIC图。在图3中，横轴为质荷比(m/z)，纵轴为信号强度(Intensity)；图a为P4HZD衍生化后的葡萄糖EIC图，图b为未衍生化的葡萄糖加铵峰的EIC图，图c为13C6标记的葡萄糖标准品加铵峰EIC图。
图4是在未优化条件下未衍生化的麦芽五糖及应用本发明衍生化的麦芽五糖的MALDI-MS质谱图。在图4中，a为未衍生化的麦芽五糖，b为应用本发明衍生化的麦芽五糖；横轴为质荷比(m/z)，纵轴为信号强度(Intensity)。
图5是在最佳条件下，来源于核糖核酸酶B的未衍生化的寡糖混合物及应用本发明衍生化的寡糖混合物的质谱图。在图5中，a为未衍生化的寡糖混合物，b为应用本发明衍生化的寡糖混合物；横轴为质荷比(m/z)，纵轴为信号强度(Intensity)。
图6是在条件下，来源于鸡卵清蛋白的未衍生化的寡糖混合物及应用本发明衍生化的寡糖混合物的质谱图。在图6中，a为未衍生化的寡糖混合物，b为应用本发明衍生化的寡糖混合物；横轴为质荷比(m/z)，纵轴为信号强度(Intensity)。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
所述磷胺类寡糖非还原胺化衍生试剂实施例包括季磷盐酰肼类化合物和季磷盐氧胺类化合物，所述季磷盐酰肼类化合物的结构式为：
所述季磷盐氧胺类化合物的结构式为：
所述磷胺类寡糖非还原胺化衍生试剂在酸性甲醇-水混合溶剂中使寡糖衍生化的反应，使用还原性寡糖为寡糖原料，含季磷盐结构单元的两类磷胺化合物为衍生化试剂，在酸性甲醇-水混合溶剂中反应生成两类磷胺化合物衍生化寡糖。
所述磷胺类寡糖非还原胺化衍生试剂的寡糖衍生化方法包括以下步骤：
1)以麦芽五糖为寡糖模型，将季磷盐酰肼类或季磷盐氧胺类寡糖衍生化试剂的水-甲醇溶液与麦芽五糖水溶液混合，水浴反应，利用MALDI-MS考察季磷盐酰肼类寡糖衍生化试剂对麦芽五糖的衍生化效果；所述季磷盐酰肼类或季磷盐氧胺类寡糖衍生化试剂与麦芽五糖水溶液的体积比为200μL︰50μL；所述水-甲醇中的体积比为1︰1，水-甲醇中含0.1％HAc，浓度100μM；所述麦芽五糖水溶液的浓度为10μM，麦芽五糖水溶液中含体积百分浓度0.1％HAc；所述水浴反应的温度为45℃，水浴反应的时间为0.5h。
2)以核糖核酸酶B上连接的寡糖及鸡卵清蛋白上连接的寡糖为寡糖来源，考察对高分子量寡糖、复杂寡糖库的衍生化效果及质谱增敏效应。
本发明涉及两种磷胺类寡糖衍生化试剂及其相关的寡糖非还原胺化衍生化方法，其反应的通式如图1和2所示。具体的实施例均以酰肼类P4HZD衍生化试剂为例进行描述。胺氧类寡糖衍生化试剂P4AOY与酰肼类试剂的反应原理类似，只是衍生化位点从酰肼基上的氮原子变为胺氧基上的氮原子。衍生化所需基本条件保持不变。
以下给出具体实施例。
实施例1测定中所用的质谱参数及基质
以下实施例中所用的质谱仪为Bruker microflex LT/SH，使用337nm N2激光，加速电压19.0kV，反射电压15.4kV，线性/反射模式和激光强度根据激光状态调整，扫描范围根据样品调整，每个采样点激光以60Hz射击100次，每张谱图累积3000次。对实施例4～7，所用DHB基质为50mg mL-1DHB，溶剂为1mMCH3COONa·3H2O溶于50％乙腈。CHCA基质为50％乙腈的饱和溶液。使用前基质与样品等体积混合。
ESI-MS谱图在Bruker micrOTOF Q-II上取得，ESI源直接进样参数为Nebulizer0.4bar，Dry Gas 4.0L min-1，Dry Temperature 180℃。采用正离子扫描模式，扫描范围根据待测样品分子量调整为m/z 110-1200或m/z 300-3000。
液质联用实验使用Agilent 1260 HPLC系统无分流模式连接Bruker micrOTOF Q-II，使用色谱柱为ThermoHypercrabTMPGC(2.1×150mm,5μm)。ESI源参数为Nebulizer2.0bar，Dry Gas 6.5L min-1，Dry Temperature 180℃。采用正离子扫描模式，扫描范围根据样品调整为m/z 110-1200或m/z 300-3000。
实施例2寡糖衍生化效率及增敏倍数计算
寡糖衍生化效率及增敏倍数计算采用LC-ESI-MS液质联用扣除法。该法中引入寡糖标准品计算出衍生化前后每摩尔寡糖所对应的色谱峰面积，并以此计算该类试剂的衍生化效率和增敏倍数。以P4HZD为例，具体计算公式如下：
已知该样品中衍生化前葡萄糖总浓度为5.16mM，添加的13C6标记葡萄糖浓度为10.2mM。其中A1,A2,A3分别代表图4中1号峰、2号峰及3号峰积分面积。
实施例3糖蛋白上寡糖的酶切、提取
取20μL RNase B加入24μL 50mM经过无菌过滤的ABC缓冲溶液(pH 8.0)，加入3μLPNGase F，37℃孵育24h，中途涡旋晃动若干次。孵育完成后离心浓缩孵育液至干燥，用300μL 0.1％乙酸复溶。将Waters HLB SPE cartridge依次经过3mL 95％乙腈和3mL0.1％乙酸重力流出活化；加入上述孵育液复溶样品重力过柱，收集流出液，再加入1700μL0.1％乙酸洗脱，洗脱液与之前流出液合并。共收集2mL洗脱液，混匀后分装为两份，每份1mL，离心浓缩至干燥，此为RNase B解离N-寡糖样品。取其中一份样品用10μL 50％甲醇复溶进行MALDI-MS表征，测得RNase B解离N-寡糖衍生化前信号。另一份所得样品待用于
实施例6。
取2.5mg OVA加入200μL 50mM经过无菌过滤的ABC缓冲溶液(pH 8.0)，加入3μLPNGase F，如RNaseB样品相同步骤进行酶切和分离，获得两份OVA解离N-寡糖样品，取其中一份样品用10μL 50％甲醇复溶进行MALDI-MS表征，测得OVA解离N-寡糖衍生化前信号。另一份所得样品待用于实施例7。
对于实施例4～7，季磷盐磷胺试剂以酰肼类寡糖衍生化试剂P4HZD为例。
实施例4应用本发明衍生葡萄糖
将制备后的P4HZD甲醇溶液稀释至10mM，100μL，以0.1％乙酸配制50mM葡萄糖溶液50μL。将两种溶液混合，涡旋混匀，60℃孵育2h后离心浓缩至干燥。向干燥样品中加入50％丙酮200μL，60℃水浴2h后离心浓缩至干燥。
向干燥的P4HZD衍生化麦芽五糖样品加入100μL 50％甲醇超声溶解。在SPE真空过柱器上插入 OasisTMHLB SPE Vac Cartridge，先以3mL 50％乙腈过柱活化，再以3mL 97％乙腈冲洗。在准备好的HLB固相萃取小柱上加入3mL 97％乙腈，向其中注入100μL50％甲醇溶解的P4HZD衍生化麦芽五糖样品，使全部液体通过填料。以9mL 97％乙腈冲洗填料，随后用1mL 50％乙腈洗脱。1mL 50％乙腈洗脱液离心浓缩至干燥后，复溶于1mL 75％甲醇并过有机滤膜，过膜后溶液置于1mL色谱小瓶中，送LC-ESI-MS检测。所得液质联用EIC谱图见图3。图3中图a表示衍生化后的葡萄糖在液质联用中的EIC图，图b表示衍生化前的13C6标记的葡萄糖加铵峰在液质联用中的EIC图，图c表示衍生化后13C6标记的葡萄糖加铵峰在液质联用中的EIC图。通过图3中的峰面积积分，及已知的衍生化前后葡萄糖总浓度，可以计算得此次衍生反应的衍生化效率及增敏倍数，计算方法如实施例2所述。在未完全优化的条件下，应用本发明衍生葡萄糖，衍生化效率达66.7％，增敏倍数可达600倍。该衍生化效率虽偏低，但是采用严格按照色谱峰面积这一绝对量，结合内标物的加入进行计算，比起直接使用质谱强度计算衍生化效率更为科学合理。
实施例5应用本发明衍生麦芽五糖
以0.1％乙酸配制10μM麦芽五糖溶液，以含0.1％乙酸的50％甲醇稀释P4HZD试剂为100μM。取100μL100μMP4HZD溶液加入到50μL10μM麦芽五糖样品中，涡旋混匀，常温超声15min后离心浓缩至干燥。向干燥样品中加入75％甲醇100μL，常温超声15min后离心浓缩至干燥。向干燥样品中加入50％丙酮200μL，常温超声15min后离心浓缩至干燥。
向干燥的P4HZD衍生化麦芽五糖样品加入100μL 50％甲醇超声溶解。在SPE真空过柱器上插入 OasisTMHLB SPE Vac Cartridge，先以3mL 50％乙腈过柱活化，再以3mL 97％乙腈冲洗。在准备好的HLB固相萃取小柱上加入3mL 97％乙腈，向其中注入100μL50％甲醇溶解的P4HZD衍生化麦芽五糖样品，使全部液体通过填料。以9mL 97％乙腈冲洗填料，随后用1mL 50％乙腈洗脱。1mL 50％乙腈洗脱液离心浓缩至干燥后用1μL DHB基质混合溶解，此为MALDI-MS样品，在靶上热风吹干，以反射模式采集谱图。质谱谱图见图4。图4中图a表示未衍生化的麦芽五糖在质谱中的响应信号，图b表示采用本发明衍生化(以P4HZD为衍生化试剂)的麦芽五糖在质谱中的响应信号。通过图a，b两图对比可得，采用本发明对麦芽五糖进行衍生，可使麦芽五糖在质谱中的响应信号提高约5倍，信噪比提高约20倍。
实施例6应用本发明衍生来自核糖核酸酶B的寡糖样品
将来自核糖核酸酶B的寡糖样品溶于50μL H2O(含0.1％乙酸)，与含0.1％乙酸的50％甲醇P4HZD试剂100mΜ200mL混合，45℃水浴反应0.5h。采用实施例4中的过柱方法后处理衍生化后样品以除去多余试剂，之后进行MALDI质谱分析。质谱谱图见图5。图5中图a表示未衍生化的来自核糖核酸酶B的寡糖样品在质谱中的响应信号，图b表示采用本发明衍生化(以P4HZD为衍生化试剂)的来自核糖核酸酶B的寡糖样品在质谱中的响应信号。通过a,b两图对比可得，采用本发明对来自核糖核酸酶B的寡糖样品进行衍生，可使来自核糖核酸酶B的寡糖样品在质谱中的响应信号提高约100倍，信噪比提高约34倍。
实施例7应用本发明衍生来自鸡卵清蛋白的寡糖样品
将来自鸡卵清蛋白的寡糖样品溶于50μL H2O(含0.1％乙酸)，与含0.1％乙酸的50％甲醇P4HZD试剂100mΜ200mL混合，45℃水浴反应0.5h。采用实施例4中的过柱方法后处理衍生化后样品以除去多余试剂，之后进行MALDI质谱分析。质谱谱图见图6。图6中图a表示未衍生化的来自鸡卵清蛋白的寡糖样品在质谱中的响应信号，图b表示采用本发明衍生化(以P4HZD为衍生化试剂)的来自鸡卵清蛋白的寡糖样品在质谱中的响应信号。通过图a，b对比可得，采用本发明对来自鸡卵清蛋白的寡糖样品进行衍生，可使来自鸡卵清蛋白的寡糖样品在质谱中的响应信号提高约10倍，信噪比提高约30倍。

Claims (6)

1.磷胺类寡糖非还原胺化衍生试剂，其特征在于包括季磷盐酰肼类化合物和季磷盐氧胺类化合物，所述季磷盐酰肼类化合物的结构式为：
所述季磷盐氧胺类化合物的结构式为：
2.如权利要求1所述磷胺类寡糖非还原胺化衍生试剂的寡糖衍生化方法，其特征在于包括以下步骤：
1)以麦芽五糖为寡糖模型，将季磷盐酰肼类或季磷盐氧胺类寡糖衍生化试剂的水-甲醇溶液与麦芽五糖水溶液混合，水浴反应，利用MALDI-MS考察季磷盐磷胺类寡糖衍生化试剂对麦芽五糖的衍生化效果；
2)以核糖核酸酶B上连接的寡糖及鸡卵清蛋白上连接的寡糖为寡糖来源，考察对高分子量寡糖、复杂寡糖库的衍生化效果及质谱增敏效应。
3.如权利要求1所述磷胺类寡糖非还原胺化衍生试剂的寡糖衍生化方法，其特征在于在步骤1)中，所述季磷盐酰肼类或季磷盐氧胺类寡糖衍生化试剂与麦芽五糖水溶液的体积比为200μL︰50μL。
4.如权利要求1所述磷胺类寡糖非还原胺化衍生试剂的寡糖衍生化方法，其特征在于在步骤1)中，所述水-甲醇中的体积比为1︰1，水-甲醇中含0.1％HAc，浓度100μM。
5.如权利要求1所述磷胺类寡糖非还原胺化衍生试剂的寡糖衍生化方法，其特征在于在步骤1)中，所述麦芽五糖水溶液的浓度为10μM，麦芽五糖水溶液中含体积百分浓度0.1％HAc。
6.如权利要求1所述磷胺类寡糖非还原胺化衍生试剂的寡糖衍生化方法，其特征在于在步骤1)中，所述水浴反应的温度为45℃，水浴反应的时间为0.5h。
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