北京理工大学徐伟等在 Science Advances 发表液相离子阱联用质谱的核酸直接分析研究

来源：iNature 2026-10-07 09:02

该研究开发了一种液相离子阱（LPIT）系统，其利用强电场同时解离金属污染物并直接在溶液中富集纯化的核酸离子。

快速准确的核酸分析对于疾病诊断和药物开发至关重要，然而持续存在的金属阳离子干扰严重限制了质谱的有效性。

2026年9月23日，北京理工大学徐伟和中国计量科学研究院卢嵩共同通讯在Science Advances在线发表题为“High-fidelity genotyping and therapeutic oligonucleotides analysis by liquid-phase ion trap coupled with mass spectrometry”的研究论文。该研究开发了一种液相离子阱（LPIT）系统，其利用强电场同时解离金属污染物并直接在溶液中富集纯化的核酸离子。

这种双重作用机制简化了复杂的质谱图，对完整DNA分子实现了高达48倍的质量准确度提升和100倍的信号强度增强。该平台的多功能性通过高分辨率遗传变异分析、从原始PCR产物中快速进行流感病毒亚型分型以及治疗性药物中精确的杂质检测得到了证明。通过消除繁琐的预处理，LPIT-ESI-MS系统为高保真基因分型和治疗性寡核苷酸的严格分析建立了一个稳健的平台，加速了临床诊断和生物制药质量控制两者。

电喷雾电离（ESI）和基质辅助激光解吸电离（MALDI）的出现已将质谱（MS）定位为表征广泛生物分子不可或缺的工具。MS与高效液相色谱（HPLC）的联用已成为代谢组学、脂质组学和蛋白质组学中的标准方法。作为最重要类型的生物分子之一，核酸的MS分析是一项有前景但具有挑战性的工作。最大的困难是金属阳离子加合物的形成，成功的MS实验很大程度上依赖于样品制备。由于具有多阴离子骨架，核酸在溶液中表现出对金属阳离子的强亲和力，即使痕量金属阳离子的存在也会导致大量加合物种类。总离子信号在各种加合物之间的分布导致质谱图复杂化，其特征为信号强度显著降低和质量准确度受损。

为缓解这些问题，已开发出多种在线和离线脱盐策略，包括使用有机碱和螯合剂、沉淀、微透析、固相萃取、阴离子交换色谱和HPLC。然而，这些方法通常费力且耗时，常需要多种组合程序才能实现足够的盐去除。这些进展使MS成为核酸研究中日益重要的工具。除质量测量外，多核苷酸测序、临床诊断、非共价复合物分析和化学修饰分析也已变得可行。

图1.集成的工作流和机制（摘自Science Advances）

尽管有这些进展，对于较大核酸，问题更加严重，因为它们具有更大的阳离子加合倾向，甚至可能在分析过程中被容器表面浸出的离子污染。因此，大核酸通常在MS分析前通过消化或水解间接分析，牺牲了完整分子的信息。尽管MALDI-MS已被探索用于大核酸分析，但其质量准确度通常限于约1%。因此，完整核酸的直接、快速和高准确度MS分析仍然是该领域中一个显著且未解决的挑战。

作者实验室最近开发的LPIT已被用于捕获和分离氨基酸和肽。在此，作者报道了LPIT内的强电场可快速从核酸中解离阳离子加合物，使纯化的离子能够立即被吸附和积累的发现。基于这些发现，作者开发了一个LPIT-ESI-MS平台，其能够对完整核酸进行直接、高保真和快速的分析，并显著改善了质量准确度和灵敏度。通过消除高效液相色谱（HPLC）和单碱基延伸（SBE）分析（>2小时）中离子对试剂的使用，作者通过几个 demanding 应用展示了该方法的能力和多功能性，包括：解析SARS-CoV-2和药物转运体SLCO1B1基因中的单核苷酸多态性（SNPs）；从聚合酶链反应（PCR）产物中对H5N1和H7N9流感进行亚型分型；以及鉴定治疗性寡核苷酸中的细微杂质。

参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aee6272

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