本章包括
• 蛋白质和肽类分析中被测量定义的考虑因素
• 医学实验室使用质谱分析蛋白质和肽类的被测量定义的示例
• 异质蛋白质分析中体内和体外过程蛋白质形态特异性的论证。
“被测量”一词被国际惯例定义为“拟测量的量”。它的关键组分包括隐含或明确定义的化学结构、基质和量(参考ClSI文档C52)。被测量描述了分析物,即具有可测量属性的组分或成分。定义被测量是开发一种特异的良好测量系统所需的第一步,该测量系统有助于创建具备计量溯源性并适于标准化或一致性的临床检测方法。虽然临床检验溯源性至关重要,但被测量的定义可能并非是临床检测获得监管批准的限制因素。
生物系统中的蛋白质通常以化学上相关但不同的蛋白质异质混合物形式存在,这种情况下很难将蛋白质定义为单一实体,更恰当的做法是将其理解为相关分子的“家族”。这一概念与内源小分子的有所不同,其被测量是单一实体,且校准物质与被测量完全相同。设计蛋白质或肽质谱分析方法的第一步是定义要测量的确切蛋白质形式或蛋白质形式集合。
蛋白质形式通常定义不清楚,这是从头开始表征的有限性造成的。例如,尽管生物标志物发掘能揭示某些蛋白质形式与疾病状态之间的关系,但蛋白标志物的许多蛋白质形式的确切结构目前可能都是未知的。虽然我们会发现单一的蛋白特征性肽代表的蛋白质与疾病相关,但疾病相关的蛋白质形式也许只有一种,只是这种也包含相同的蛋白特征性肽的蛋白质形式尚未被识别。
蛋白质在体内和体外形成的翻译后修饰也会影响检测和定量。这些结构修饰会形成临床相关的位点并成为相关蛋白质形式和被测量的一部分。开发临床方法时,区分天然修饰(体内)和样本前处理过程中产生的修饰(体外)很重要。由蛋白质形式对定量产生的影响不仅仅与质量变化有关。体外修饰不仅会改变监测质量,可能也会影响前处理富集过程中分析物的亲和力、酶消化效率和离子化效率。为避免定量误差,必须避免人为的体外修饰。准确定义被测量使得检测的终端用户能够将该测量结果放入生物背景中并评估任何限制。
最后,在蛋白质或肽定量中,被测量限定了生化和生理特征,影响工作流程、内标和校准物的选择以及方法开发。严格定义被测量对于开发支持临床使用和监管批准的验证实验至关重要。
和在分析化学中一样,定义蛋白质被测量要求规定单一蛋白质形式进行完整蛋白质测量,或者将蛋白质与代理肽相关联,而这些肽只能对完整蛋白质化学转化后才能进行测量。典型的描述明确说明了分析物、将对其进行评估的基质,以及被检测到的分析物形式。表2显示了如何定义被测量(即,在基质中检测到的分析物形式)。表2中的示例代表了一系列工作流程,但并不全面。
被测量:测量单个完整蛋白质形式PRO_0000015664代表人血清IGF-1浓度。
IGF-1用于检测生长激素缺乏或过量。尽管已有IGF-1的免疫分析方法,但它们缺乏标准化并可能受到内源性结合蛋白的干扰。IGF-1是一种小蛋白(分子量7.5 kDa),适用于完整或蛋白酶辅助工作流。15目前已有文献报道多种样本前处理方法,包括一个使用LC-MS或LC-MS/MS定量IGF-1和胰岛素样生长因子2(IGF-2),以及它们在血浆中的一些结合蛋白的方法。16在观察到不一致的结果(与免疫分析相比)时,使用高分辨LC-MS检测完整的IGF-1能识别出IGF-1序列变异体。17
被测量:通过定量肽段FSPDDSAGASALLR代表人血清甲状腺球蛋白浓度。
甲状腺球蛋白是甲状腺产生的一个660kDa的二聚体蛋白,用于评估甲状腺癌的治疗和监测预后。免疫方法可能受到内源性抗甲状腺球蛋白抗体的干扰(存在于大约20%的患者样本中)。18蛋白水解辅助LC-MS/MS法工作流程前文已有描述,该流程在产生代理肽的同时降解干扰性自身抗体。各种LC-MS/MS方法和富集策略已被开发,但是他们都包括一个或多个代理肽的肽段免疫富集步骤:FSPDDSAGASALLR 或VIFDANAPVAVR。19
被测量:通过肽段VQPYLDDFQK定量人血清apoA-1浓度。
载脂蛋白浓度测量提示血脂异常和治疗效果。由于其在血清中浓度较高,因此蛋白质水解辅助工作流程通常不需要富集步骤。已有文献报道过蛋白酶解辅助的LC-MS/MS方法,包括同时定量6个载脂蛋白且评估载脂蛋白E表型的方法。20该方法使用自动化的液体处理平台和已赋值并可溯源至WHO参考物质(RMs)的apoA-l和载脂蛋白B基质适配校准物。
被测量:人全血中糖化血红蛋白(HbA 1c)与总血红蛋白的比率,以百分比表示为V*HLTPE和VHLTPE的比值(其中*表示糖基化位点)。
HbA1c被定义为与葡萄糖共价添加到n端的血红蛋白分子。HbA1c用于诊断糖尿病和监测血糖控制情况。它的测量结果用糖化血红蛋白与总血红蛋白的比率表示。虽然糖化血红蛋白标准化中使用的参考方法是LC-MS/MS分析,但存在许多用于定量糖化血红蛋白的自动化化学方法。IFCC批准的参考方法酶解血红蛋白并使用LC-MS/MS定量糖基化和非糖基化N端六肽。21使用LC-MS/MS的潜在优势在于其能评估其他检测方法所遗漏的患者体内各种血红蛋白形式水平。