近日，中央民族大学生命与环境科学学院（质谱成像与代谢组学国家民委重点实验室）王晓东教授团队在MALDI-MSI蛋白质原位检测及成像表征新型基质研究领域取得了又一重要进展。相关研究成果以“A Caffeic Acid Matrix Improves In Situ Detection and Imaging of Proteins with High Molecular Weight Close to 200,000 Da in Tissues by Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry Imaging”为题，发表在分析化学顶级期刊《Analytical Chemistry》（Nature Index收录）上，该研究论文同时被遴选为期刊封面文章。中央民族大学为该论文第一作者单位及唯一通讯单位。论文在线链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c05480。
近年来，基质辅助激光解析电离质谱成像（MALDI-MSI）作为一种较为成熟的分子影像技术已被广泛应用诸多领域（如基础医学、药学、动物学、植物学、食品安全和环境科学等）生物内/外源性分子成像表征研究。该技术因其具有无需复杂样品前处理，无需特异性标记，可同时原位表征成百上千种分子等优势特点，越来越多地受到研究者关注；该技术的发展与完善进一步推动了原位代谢组学、原位脂质组学、原位糖组学、原位蛋白质组学研究进展。该技术的成功应用极度依赖于基质的准确选择，合适的基质可将激光能量有效传递给组织表面待测分子，从而实现其高效离子化效能，最终保证高质量的质谱成像结果。尽管许多基质已被广泛应用于诸多生物样本各类分子的原位检测，但对于动/植物样本的高分子量（HMW）蛋白质原位表征适用性方面仍存在明显不足；截至目前，基于现有基质的MALDI-MSI分子量检测极限通常小于30,000 Da，对生物体内分子量高于30,000 Da的众多蛋白质并不兼容。因此，筛选发现适用于HMW蛋白质成像表征的新型基质对于进一步拓展MALDI-MSI的应用范围具有极其重要的意义。
王晓东教授团队通过系统研究发现咖啡酸（caffeic acid, CA）作为一种绿色、无毒有机酸基质可显著增强MALDI-MSI对生物组织样本中HMW蛋白质的原位检测及成像表征性能。研究表明：该基质具有离子化效率高、微米级结晶尺寸、共结晶形态均一性好、化学稳定性强、线性动态范围宽等特点，且同时适用于动/植物组织样本表面HMW蛋白质的检测及成像。研究结果显示基于CA基质MALDI-MSI对动/植物组织样本蛋白质的原位检测质量上限高达~200,000 Da，远高于目前常用的蛋白质检测基质芥子酸（sinapinic acid, SA）和阿魏酸（ferulic acid, FA）。研究团队利用该基质分别对小鼠脑、马槟榔种子和萌发大豆种子组织成功进行了HMW蛋白质原位检测与成像研究，极大拓展了MALDI-MSI技术在原位蛋白质组学研究中的应用范围。值得注意的是，该研究首次从众多HMW蛋白质离子信号中成功鉴定出小鼠脑kinesin-like蛋白（KIF1A）、马槟榔甜蛋白II（mabilin-2）和马槟榔甜蛋白IV（mabilin-4）、β-伴大豆球蛋白（β-conglycinin）三聚体（αα′β），充分证实了利用CA在组织上原位研究HMW蛋白质及蛋白质复合体组织空间分布的可行性及潜在价值。这项研究表明CA有潜力成为一种标准有机酸MALDI基质广泛用于增强动/植物组织中HMW蛋白质MSI分子成像，拓展人们对于HMW蛋白质组织空间分布形式的系统认识。
该项研究工作得到国家自然科学基金（31770384、21605164）、中央民族大学双一流学科建设项目（Yldxxk201819）、国家民委中青年英才培养计划项目（10301-0190040110）等资助。学院2020级博士研究生刘海强、2018级硕士研究生韩曼曼和李金铭为该论文的共同第一作者，这也是学院第一次在分析化学顶级期刊《Analytical Chemistry》上发表封面文章。
王晓东教授是2015年我校引进的海外优秀人才，2018年入选国家民委中青年英才培养计划，博士生导师。主要从事质谱成像、蛋白质组学、代谢组学技术研发与应用工作。
日期：2021-08-26
