3 综述_毛细管电泳在生物大分子分析中的应用.doc

毛细管电泳在生物大分子分析中的应用刘震南京大学化工学院毛细管电泳 (CE)，又称“高效毛细管电泳 (HPCE) ”，是上世纪80 年代分析化学的重大研究进展，也是20 世纪90年代发展最快的分离手段之一。毛细管电泳是以高压电场为驱动力、以毛细管为分离通道，依据试样中各组分间淌度和分配行为上的差异而实现分离的一类分离技术。分离模式1981年, Jorgenson 和Lukacs 使用内径75m 的毛细管和灵敏的荧光检测器，在+ 30 kV 下电泳分离丹酰化氨基酸，标志着毛细管电泳分析方法的建立。进入90 年代，以毛细管区带电泳(CZE ) 、胶束电动毛细管色谱(MECC) 、毛细管等速电泳(CITP) 、毛细管凝胶电泳(CGE) 、毛细管等电聚焦(CIEF) 、毛细管电色谱(CEC) 、非水毛细管电泳(NACE) 、亲合毛细管电泳(ACE) 等为代表的HPCE 分离模式的发展拓宽了毛细管电泳的分离能力。运用紫外吸收、激光诱导荧光、电化学、质谱等检测手段HPCE逐渐成为一种不可替代的分离分析方法，确立了其在分析科学领域的重要地位。毛细管电泳在生物大分子分析中的应用高效毛细管电泳具有分离效率高、分析速度快、分离模式多、样品用量少、高灵敏度、易于自动化等特点，因此在化学、生命科学、临床医学、药学等领域具有广泛的应用。特别是在核酸，蛋白质和糖等生物大分子分析方面，高效毛细管电泳是一种非常有效的分析工具。一、在核酸分析中的应用1. 毛细管电泳在DNA测序中的应用毛细管电泳是DNA测序的一项有力工具。人类基因组计划随着电泳仪器从平板凝胶电泳，到凝胶毛细管电泳，到线性高分子溶液毛细管电泳，到阵列毛细管电泳，到全基因组鸟枪测序技术的发展而于2001年提前完成 1。2005年，Shendure 等首次使用了循环芯片测序法 2，这也被称为新一代测序技术。2. 毛细管电泳在基因突变分析中的应用在基因治疗和基因疾病诊断中需要进行DNA基因突变测定，现在已经发展了多种毛细管电泳基因突变分析技术。目前基因突变最常用的分析方法是毛细管电泳-单链构像多态性(CE-SSCP) 分析。目前已经利用一种高分辨率的CE-SSCP技术可以同时定量检测临床上12种重要的病原体 3。二、在蛋白质分析中的应用1. 高灵敏度的激光诱导荧光检测 (LIF) 对于分析低丰度蛋白质很重要。CE-LIF在蛋白质和肽分析中应用广泛 4。利用一种LIF检测和免疫磁珠结合的免疫亲和毛细管电泳法，成功测定了病人血清中总IgE，该方法速度快，易于自动化，样品消耗量少，只需要1L血清，灵敏度高达pmol级 5。2CE-MS联用作为一种在线分离分析方法，由于其分离效率高，能提供结构信息，使其在蛋白质等生物大分子分析中有着明显的优势。CE-MS已用于生物标志物的发现和临床诊断，并确定了一些尿液中生物标志物，用于疾病的诊断和治疗6。CE-MS同时也是肿瘤标志物研究的重要工具7。3CE广泛应用于实际样品中蛋白质的分析，除了分析人体液，包括血、尿液、唾液中蛋白质，还能用于分析广大农产品和食物中的蛋白、药物和重组蛋白、蛋白与蛋白的相互作用、蛋白与其它分子的相互作用等等。三、在糖类分析中的应用糖类与核酸、蛋白质一起并称为三大生命物质。由于糖的高极性，使毛细管电泳在糖的分析中显示出了优越性。利用脂多糖与蛋白质具有强烈的亲和作用的特性，开发了一种新的检测内毒素的方法 8。利用N-多糖酶切后的寡糖进行APTS荧光标记、毛细管凝胶电泳进行分离检测，可以建立了一套分析细胞培养的流感病毒A疫苗产品中糖蛋白的N-多糖类型的方法 9。离线和在线的CE-MS方法也被广泛用于糖的研究 10。总之，毛细管电泳用于分析蛋白质等生物大分子方面，发挥了重要的作用，取得了重大进展，利用CE各种分离模式的优势，可以发展生物大分子的多维分离方法，CE-MS也将在蛋白质组学等领域中发挥越来越重要的作用。参考文献1 金钦汉. 试论我国分析化学学科发展战略. 大学化学，2003，18(l)，12一17.2 Shendure, J; Porreca, GJ; Reppas, NB, et al. Accurate multiplex polony sequencing of an evolved bacterial genomeJ. Science 2005, 309, 17281732.3 Shin GW, HwangHS, Oh MH, et al. Simultaneous quantitative detection of 12 pathogens using high-resolution CE-SSCPJ. Electrophoresis 2010, 31, 4052410.4 Lacroix, M; Poinsot, V; Fournier, C, et al. Laser-induced fluorescence detection schemes for the analysis of proteins and peptides using capillary electrophoresisJ. Electrophoresis 2005, 26, 26082621.5 Chen, HX; Busnel, JM; Peltre, G, et al. Magnetic Beads Based Immunoaffinity Capillary Electrophoresis of Total Serum IgE with Laser-Induced Fluorescence DetectionJ. Anal. Chem. 2008, 80, 95839588.6 Mischak, H; Coon, JJ; Novak, J, et al. Capillary Electrophoresis-Mass Spectrometry as a Powerful Tool in Biomarker Discovery and Clinical Diagnosis: an Update of Recent Developments J. Mass Spectrometry Reviews, 2009, 28, 703 724.7 Simionato, AVC; Carrilho, E; Tavares, MFM. CE-MS and related techniques as a valuabletool in tumor biomarkers research J. Electrophoresis, 2010, 31(7): 1214-1226.8 Kilar, A; Kocsis, B; Kustos, I, et al. CE to monitor endotoxins by protein ComplexationJ. Electrophoresis 2006, 27, 41884195.9 Schwarzer, J; Rapp, E; Reichl, U. N-glycan analysis by CGE-LIF: Profiling influenza A virus hemagglutinin N-glycosylation during vaccine production J. Electrophore