ESI Q-TOF質(zhì)譜分析PEG化蛋白藥物方法簡(jiǎn)介

 

PEG修飾蛋白及多肽類(lèi)藥物后，可在不產(chǎn)生毒性、不損害藥效的情況下，通過(guò)增加蛋白類(lèi)藥物的溶解性、減少免疫原性、增加穩(wěn)定性、延長(zhǎng)體內(nèi)藥物半衰期等功效增強(qiáng)大分子藥物的療效。PEG的這種功效在1970年代后期被發(fā)現(xiàn)，到了1990年P(guān)EG化修飾的Adagen被美國(guó)FDA批準(zhǔn)，至今已有若干個(gè)PEG修飾的大分子藥物上市銷(xiāo)售，這些藥物在癌癥、肝炎、痛風(fēng)、糖尿病等疾病治療中為患者帶來(lái)了福音。

 

明確PEG修飾位點(diǎn)、確定修飾位點(diǎn)的數(shù)量、以及表征PEG的聚合度分布性是PEG化大分子藥物運(yùn)用于臨床前以及藥品質(zhì)量監(jiān)控必須且非常重要的工作。由于PEG的高分子聚合物性質(zhì)，由PEG修飾后的蛋白及多肽的結(jié)構(gòu)變得極為復(fù)雜。在早期對(duì)其進(jìn)行質(zhì)譜分析，特別是對(duì)PEG的聚合度分布性分析方面，多使用MALDI離子源類(lèi)型的質(zhì)譜。這是因?yàn)镸ALDI源離子化的樣品，所帶電荷數(shù)較少（單電荷離子居多），因此其質(zhì)譜圖相對(duì)簡(jiǎn)單；而通過(guò)ESI源離子化的樣品將攜帶多個(gè)電荷，這使離子信號(hào)復(fù)雜，致使其質(zhì)譜圖譜較難解析。隨著LC-ESI技術(shù)的發(fā)展， 美國(guó)Indiana大學(xué)的Lihua Huang等學(xué)者通過(guò)在色譜分析柱后加胺的技術(shù)，使樣品的ESI離子化時(shí)的荷電數(shù)適當(dāng)減少，從而使PEG化樣品的ESI圖譜得到高效的解析[1]。而MALDI TOF類(lèi)質(zhì)譜由于質(zhì)譜分辨率的限制（目前MALDI TOF分辨率在8萬(wàn)內(nèi)），面對(duì)分子量動(dòng)輒十幾萬(wàn)甚至更高的PEG化蛋白，其可獲得的數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，因而MALDI方法可得到的PEG化蛋白的有效結(jié)構(gòu)信息非常有限。

 

Lihua Huang等學(xué)者進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了ESI Q-TOF分析PEG化蛋白的修飾位點(diǎn)的質(zhì)譜方法[2]。這種方法包括源內(nèi)裂解（ISF，In Source Fragmentation）與二級(jí)質(zhì)譜（MS/MS）兩個(gè)步驟。在第一步ISF過(guò)程中，PEG化多肽的PEG部分被裂解而變短；在第二步MS/MS過(guò)程中，多肽被打碎產(chǎn)生b、y離子碎片。通過(guò)分析攜帶縮短的PEG鏈的b、y離子信息，最終得出確切的PEG化修飾位點(diǎn)。ISF與MS/MS為什么可以分別 “選擇”碎裂PEG化多肽的PEG與多肽兩個(gè)部分呢？推測(cè)與PEG化多肽的電荷分布有關(guān)。在PEG化多肽的離子化過(guò)程中，PEG的醚鍵附著了大量的H+，并在ISF下完全斷裂，而使冗長(zhǎng)的P EG鏈縮短到一兩個(gè)單位大小。之后的MS/MS過(guò)程中，由于縮短的PEG鏈已無(wú)H+附著不再斷裂。而多肽在MS/MS中獲得了碎裂的機(jī)會(huì)，并產(chǎn)生攜帶“PEG短標(biāo)簽”的b、y離子碎片。論文中，研究人員運(yùn)用此方法成功地分析了IgG4與胰高血糖素的PEG修飾位點(diǎn)。

(1) Huang L, Gough PC, Defelippis MR. Characterization of Poly(ethylene glycol) and PEGylated Products by LC/MS with Postcolumn Addition of Amines. Anal Chem. 2009, 81, 567-577.

(2) Lu X, Gough PC, DeFelippis MR, Huang L. Elucidation of PEGylation site with a combined approach of in-source fragmentation and CID MS/MS. J Am Soc Mass Spectrom. 2010, 21, 810-818