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电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)是目前元素/同位素分析的最佳工具之一。我将谈一谈ICP-MS在生物分子和细胞分析中的新应用。发展元素标记和编码策略是ICP-MS定量分析生物分子和细胞的前提;为此,我们针对生物分子和细菌发展了化学选择性和生物特异性的元素标记和编码方法。具体地向大家汇报我们近期开展的3个研究工作:1)P450家族中CYP3A4的定量和活性评价。发展了基于活性抑制和点击化学反应介导的镧系元素铕(Eu)标记策略。针对CYP3A4设计合成了一个双功能的hexynylated 17α-ethynylestradiol分子,它可以靶向地与CYP3A4反应同时通过点击化学反应实现Eu的选择性标记,继而通过同位素稀释ICP-MS对CYP3A4进行精确定量和活性评价[1]。2)针对癌细胞的"卫士"glutathione S-transferase omega 1(GSTO1)设计制备了dibenzylcyclooctyne-modified 2-chloroacetamide(DBCO-Ch Ac A)分子,它可以靶向地与GSTO1分子中第32位的半胱氨酸反应,DBCO-Ch AcA分子中的环辛炔又可以与叠氮化的DOTA-Eu进行无铜催化点击反应链接,实现Eu的GSTO1标记;通过Eu的ICP-MS检测实现了低至6.9 fmol GSTO1的定量。我们考察了癌细胞在顺铂作用下GSTO1的表达量的变化,为后续的抗癌药物设计合成提供了有价值的信息[2]。3)针对两种最具代表性的模型细菌"大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)",使用炔基(alkyne)修饰的D-alanine(ADA)自身代谢将炔基锚定到细菌表面,继而利用Azide-Alex Fluor 488和Azide-DOTA-Eu作为报告基团对细菌进行标记和元素编码。Azide-Alex Fluor 488点击化学荧光成像研究结果表明ADA被成功地锚定到了细菌表面;Azide-DOTA-Eu标记已代谢交联到细菌表面肽聚糖结构中ADA,通过ICP-MS对Eu的高灵敏定量测定,实现了76个S.aureus和225个E.coli定量计数,并可以推算出这两种细菌表面DA的密度。这种基于特殊氨基酸代谢标记的细菌成像和定量分析方法不仅可以实现传统的荧光成像,而且ICP-MS对镧系元素的检测优势克服了荧光检测线性范围相对较窄、生物自发荧光背景干扰和荧光强度随时间变化等不足,实现了肽聚糖结构中D-丙氨酸的准确定量。这对细菌分析方法的改进和细菌代谢生物学研究都有重要意义。