有机框架材料-多肽高效分离探针

生物活性肽

　　生物活性肽提取于动植物、微生物及其代谢产物，是能够调节生物体生命活动的一类多肽总称。生物活性肽具有抗氧化、抑菌、降压以及抗癌等多种功能，近年来在制药、疾病诊断等领域应用较广[1-2]。生物活性肽可通过磷酸化、糖基化和酰化等多种方式进行修饰。与其他蛋白质药物相比，经过修饰的活性肽更容易被人体吸收，半衰期更长，靶向更强，副作用更少，生物利用度更高[3]。传统方法获取生物活性肽需要通过酶切、分离、纯化等步骤，该过程往往操作复杂、耗时费力。生物活性肽稳定性普遍较差，在分离过程中容易失活，因而需要建立一个适用于生物活性肽分离分析的新方法[4-7]。

有机框架材料

　　有机框架材料是一类多孔径有机纳米材料，主要分为金属-有机框架材料（MOFs）、共价-有机框架材料（COFs）和氢键-有机框架材料（HOFs）三类。有机框架材料制备简单，拥有较大比表面积、固定的孔道结构，表面易于功能化等特点，良好的生物相容性使其备受生物应用研究的青睐，近年来应用于药物传递、生物成像、生物催化等领域[8]。

　　MOFs是由金属离子（或簇）与有机配体配位连接而成的一类有机框架材料，是目前发展较快的一类金属多孔晶态材料。MOFs和HOFs的概念是在20世纪90年代被提出，但由于氢键作用力弱、柔性强、方向性差等缺陷，使得HOFs相关研究远不如MOFs[9-10]。COFs具有较大强度的配位键和共价键，其设计合成借鉴了大量MOFs的经验，故二者具有相似的结构和功能。

　　目前，MOFs和COFs已在多肽富集领域有所应用。固定的孔道结构赋予有机框架材料一定的吸附能力，使其满足作为富集载体的基本条件。高孔隙率使该类材料不仅能特异性吸附小分子多肽，还能对生物大分子蛋白质实现分子排阻作用。较大的比表面积为其功能化修饰提供了前提条件，MOFs表面分布有大量结合位点，容易与多肽的糖基、磷酸基等基团发生特异性亲和作用，将目标肽从复杂样品体系中分离，吸附于MOFs材料表面，再通过Lewis 酸碱相互作用将多肽从材料上分离[5, 11]。

有机框架材料-多肽分离探针

　　有机框架材料作为分离探针，操作简单，可以规避复杂繁琐的纯化步骤，实现多肽快速富集。分离过程主要分为吸附和解吸附两个环节。吸附主要包括孕育、离心等前处理手段，目的是将多肽从复杂的样品体系中分离。解吸附主要是通过洗涤、洗脱等步骤将多肽从吸附材料中分离。将离心所到的上清液经基质辅助激光解吸电离质谱（matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry，MALDI-MS）检测，检测背景干净，目标多肽的信号响应增强，能够验证有机框架材料在多肽分离、纯化方面所具备的独特优势。（详情请点击阅读原文）

结语与展望

　　有机框架材料拥有良好的吸附性和生物相容性，是一类极具潜力的生物吸附剂。生物活性肽经痕量有机框架材料分离和富集后，经过质谱技术检测，检测背景干净，目标肽信号显著增强。除了生物活性肽以外，内源性多肽的研究也是近年来的研究热点之一。内源性多肽是一类由自身蛋白质降解或个体生物体内分泌产生的肽。体液中内源性肽的种类和数量反映了细胞内外酶的活性状态，与个体健康密切相关[12-14]。经翻译后修饰内源性多肽与人类疾病关联密切，将有机框架材料与质谱技术结合，通过对血浆、血清、尿液等复杂生物样品进行生物信息分析，对相关疾病机理研究、疾病诊断治疗、新药研发具有重大意义。

　　参考文献

　　[1] 李滢，张远红，董浩，等. 动物血液蛋白质及活性肽开发研究进展. 食品安全质量检测学报. 2023, 14(7): 39-47

　　[2] 杨文清，黄秀芳，陈耀兵，等. 植物源生物活性肽的研究进展. 食品安全质量检测学报. 2023, 14(1): 270-278

　　[3] Hou H W, Wang J, Wang J, et al. A review of bioactive peptides: chemical modification, structural characterization and therapeutic applications. J Biomed Nanotechnol, 2020, 16(12): 1687-1718

　　[4] Ning P, Cheng Y H, Xu Z, et al. Application of metal-organic framework materials in enrichment of active peptides. Prog Chem, 2020, 32(4): 497-504

　　[5] Zhong H, Li Y, Huang Y, et al. Metal-organic frameworks as advanced materials for sample preparation of bioactive peptides. Anal Methods, 2021, 13(7): 862-873

　　[6] Peng J, Wu R. Metal-organic frameworks in proteomics/peptidomics-a review. Anal Chim Acta, 2018, 1027: 9-21

　　[7] Sun N, Wu H, Shen X, et al. Nanomaterials in proteomics. Adv Funct Mater, 2019, 29(26): 1900253

　　[8] Osterrieth J W M, Fairen-Jimenez D. Metal-organic framework composites for theragnostics and drug delivery applications. Biotechnol J, 2021, 16(2):e2000005

　　[9] Yin Q, Zhao P, Sa R J, et al. An ultra-robust and crystalline redeemable hydrogen-bonded organic framework for synergistic chemo-photodynamic therapy. Angew Chem, 2018, 57(26): 7691-7696

　　[10] Karmakar A, Illathvalappil R, Anothumakkool B, et al. Hydrogen-bonded organic frameworks (HOFs): a new class of porous crystalline proton-conducting materials. Angew Chem, 2016, 128(36): 10825-10829

　　[11] Yang C, Zhong X, Li L. Recent advances in enrichment and separation strategies for mass spectrometry-based phosphoproteomics. Electrophoresis, 2014, 35(24): 3418-3429

　　[12] Li X, Yuan B, Feng Y. Recent advances in phosphopeptide enrichment: strategies and techniques. Trac-Trends Anal Chem, 2016, 78: 70-83

　　[13] Xie Z, Yan Y, Tang K, et al. Post-synthesis modification of covalent organic frameworks for ultrahigh enrichment of low-abundance glycopeptides from human saliva and serum. Talanta, 2022, 236: 122831

　　[14] Luo B, He J, Li Z, et al. Glutathione-functionalized magnetic covalent organic framework microspheres with size exclusion for endogenous glycopeptide recognition in human saliva. ACS Appl Mater Interfaces, 2019, 11(50): 47218-47226

　　作者简介

　　赖心仪，福建中医药大学药学院药学硕士研究生，主要研究方向为动物类中药分离、分析检测新方法。

（作者：赖心仪）

（本文来源于公众号：生物化学与生物物理进展）