蛋白質組學基礎： 質譜中肽段主要碎裂方式
蛋白被酶切為長短不一的肽段后，經過ESI等離子源電離，成為帶有若干正電荷的母離子（precursor），然后通過離子通道進入質譜完成MSn譜圖掃描。根據不同的分析需求，可以選擇不同的母離子碎裂方法，如 CID/HCD、ETD等。每種碎裂方法產生不完全相同的碎片離子，借助這些離子的互補信息可實現全面的蛋白序列表征。
01 CID/HCD
碰撞誘導解離( Collision Induced Dissociation, CID ) ，也稱為碰撞活化解離(Collision Activation Dissociation, CAD ) ，基本原理是母離子進入質譜后，在電場中加速以增加離子動能，然后與中性分子（通常是氦、氮或氬）碰撞。在碰撞過程中，部分動能轉化為內能，導致肽骨架的化學鍵斷裂，形成碎片離子。高能碰撞解離 (High-Energy Collision Dissociation，HCD)與CID原理相同，一般在Orbitrap類儀器中使用。CID/HCD主要產生靠近肽段N端的b離子和靠近C端的y離子，是自下而上的蛋白質組學中最主流的碎裂方式（圖1）。
圖1 CID/HCD碎片離子示意圖
02 ECD
電子捕獲解離（Electron capture dissociation，ECD）與傳統的串聯質譜技術互補，主要用于FT-ICR質譜。二硫鍵通常對振動解離穩定，但在 ECD 中優先斷裂，快速且具有特異性，且不穩定的翻譯后修飾和非共價鍵在主鏈鍵解離后也能保持完整。結合ECD，可以實現更高的序列覆蓋，在一定能量下，也可以區分異亮氨酸和亮氨酸。ECD 的主要應用領域包括DNA預測蛋白質序列的Top-down驗證、從頭測序、二硫鍵分析以及翻譯后修飾分析。
圖2 ECD碎片離子示意圖
03 ETD/EAD
電子轉移解離（Electron Transfer Dissociation，ETD）通過將陰離子基團的電子轉移到多肽陽離子上來誘導肽段碎裂。由于ETD會誘導肽/蛋白質主鏈上酰胺鍵的斷裂，因此會產生互補的c離子和z離子（圖3）。由于ETD和CID/HCD產生的序列信息是互補的，因此通常會結合這兩種方法，以提高序列覆蓋率和翻譯后修飾的鑒定（如糖基化）。
電子活化解離（Electron Activation Dissociation，EAD）是基于自由電子轉移實現肽段碎裂的，調節EAD電子能量可適用從單電荷小分子到多電荷大分子的檢測。低能量EAD可用于top down表征完整蛋白的關鍵結構屬性。中能量EAD可以保留PTMs的關鍵離子。高能EAD可用于小分子（如內源性代謝物或藥物代謝產物）的特異性鑒定。
圖3 ETD/EAD碎片離子示意圖04 UVPD
紫外光誘導解離 (Ultraviolet Photodissociation, UVPD)是Thermo Scientific Tribrid質譜儀所獨有的一種多肽裂解方法，與CID和HCD不同，母離子到達離子阱后，以激光脈沖的紫外線進行照射，光子直接被目標分子吸收，達到足夠的激發態時，多肽即被裂解產生碎片離子。UVPD產生的碎片離子更加豐度，可用于完整蛋白的表征。
圖4 UVPD碎片離子示意圖（JACS Au 2023, 3, 8, 2123–2130）
Tips
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