納米金標(biāo)記液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定人血清中轉(zhuǎn)鐵蛋白

韓亞琛 馮流星 李紅梅 熊金平

摘?要?建立了基于納米金（AuNPs）標(biāo)記并結(jié)合高效液相色譜（HPLC）-電感耦合等離子質(zhì)譜（ICP-MS）的聯(lián)用技術(shù)，通過測(cè)量轉(zhuǎn)鐵蛋白（Tf）上標(biāo)記的AuNPs的量，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)Tf及人血清中Tf的準(zhǔn)確定量分析。在本研究中，將Tf與過量的AuNPs在磷酸鹽緩沖液（pH 6.8）中孵育， 形成AuNPs-Tf標(biāo)記物，之后通過HPLC分離AuNPs-Tf，標(biāo)記后Tf分子上附著的AuNPs上的Au原子可起到增強(qiáng)信號(hào)的作用，通過ICP-MS在線檢測(cè)AuNPs-Tf上Au的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜血清樣品中Tf的準(zhǔn)確定量分析。本方法中Tf濃度與AuNPs-Tf上的Au信號(hào)強(qiáng)度之間線性關(guān)系良好（R2=0.9959），線性范圍寬（3個(gè)數(shù)量級(jí)），方法檢出限低至6 ng/mL。本方法經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)Tf驗(yàn)證后，用于人血清標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（ERM-DA470/IFCC）中Tf的檢測(cè)，測(cè)量結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不確定度范圍內(nèi)，回收率在95.2%～102.6%之間。由于AuNPs的信號(hào)增強(qiáng)效應(yīng)和ICP-MS的靈敏檢測(cè)，相比于傳統(tǒng)的以吸光度為檢測(cè)方式的酶聯(lián)免疫法，本方法在檢出限和靈敏度方面均有明顯提升。

關(guān)鍵詞?高效液相色譜-電感耦合等離子質(zhì)譜;納米金;轉(zhuǎn)鐵蛋白

1?引 言

血清中轉(zhuǎn)鐵蛋白（Tf）是一種重要的β球蛋白，通過將鐵從血漿中結(jié)合并轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞， 調(diào)節(jié)生物體內(nèi)鐵離子平衡[1]，具有增強(qiáng)機(jī)體免疫力、促進(jìn)人體對(duì)鐵及其它營養(yǎng)物質(zhì)的吸收等作用。此外，Tf還是一種重要的急性期蛋白，在急性期反應(yīng)時(shí)會(huì)逐漸減少，并且在慢性肝病和營養(yǎng)不良時(shí)也會(huì)下降，因此可以作為營養(yǎng)狀況的指標(biāo)，診斷和監(jiān)測(cè)許多疾病， 如貧血、炎癥和冠心病[2]等。

在臨床檢驗(yàn)中，血清中Tf的常規(guī)檢測(cè)方法主要包括酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定（ELISA）、放射免疫測(cè)定（RIA）、免疫比濁法、免疫擴(kuò)散法[3，4]等，但這些方法在免疫反應(yīng)中易受所用抗體的影響而導(dǎo)致不同的結(jié)果，且檢出限較高，通常在0.5 μg/mL以上。為了保證臨床檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性，歐盟體外診斷器械指令（IVD 指令）[5]及ISO17511[6]等法規(guī)要求， 所有體外診斷產(chǎn)品的校準(zhǔn)物、控制物及相關(guān)測(cè)量程序具有計(jì)量溯源性，計(jì)量學(xué)溯源性的理想終點(diǎn)是國際單位制系統(tǒng)（SI）。因此，迫切需要建立準(zhǔn)確、可直接溯源到SI單位的更高等級(jí)的人血清中Tf測(cè)量方法，從而為Tf臨床檢測(cè)及相關(guān)校準(zhǔn)物提供溯源基礎(chǔ)。

電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）由于其高靈敏度、高穩(wěn)定性、寬響應(yīng)范圍、低檢出限和可同時(shí)檢測(cè)多元素的優(yōu)點(diǎn)，在生命科學(xué)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用[7，8]。近年來，基于ICP-MS的蛋白質(zhì)分析技術(shù)已成為蛋白質(zhì)組學(xué)研究中的一種強(qiáng)有力的工具[9]。在本技術(shù)中，所有肽或蛋白質(zhì)等待測(cè)物經(jīng)分離后，可以通過ICP-MS測(cè)量其中的元素，如硫、磷、硒和金屬元素（如銅、鋅和鐵）[10，11]，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)蛋白的絕對(duì)定量分析。然而，通過ICP-MS檢測(cè)天然蛋白質(zhì)中的元素來定量分析蛋白質(zhì)的應(yīng)用有限，只有當(dāng)目標(biāo)蛋白已被鑒定或已知其結(jié)構(gòu)時(shí)，才可用于定量分析，而許多蛋白質(zhì)并不含有ICP-MS可檢測(cè)的元素，且在實(shí)際的生物樣品中，目標(biāo)蛋白的濃度通常較低，難以檢測(cè)。近年來，ICP-MS結(jié)合元素標(biāo)簽特別是外源標(biāo)簽，已廣泛應(yīng)用于各種樣品中蛋白質(zhì)的定量分析，如谷物、果樹、血清和細(xì)胞質(zhì)等[12～16]。與傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)定量分析方法相比，此方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）可通過ICP-MS直接檢測(cè)標(biāo)記在蛋白質(zhì)上的元素，實(shí)現(xiàn)絕對(duì)定量分析; （2）通常選擇樣品中濃度較低的元素作為標(biāo)簽，背景干擾小; （3）ICP-MS的線性檢測(cè)范圍寬，適用于不同含量水平蛋白質(zhì)的分析; （4）與放射免疫分析或化學(xué)發(fā)光相比，ICP-MS的靈敏度更高[17]，且這種方法具有溯源性。許多元素標(biāo)簽可適用于標(biāo)記蛋白質(zhì)，包括金屬納米顆粒、同位素編碼親和標(biāo)簽（ICAT）和載有不同鑭系元素的金屬螯合標(biāo)簽（MECT）等[18]。其中，納米金（AuNPs）由于具有良好的生物相容性，表面區(qū)域可以固定如氨基酸[19]、蛋白質(zhì)、酶和DNA[20]等生物分子[21～23]而在生物學(xué)領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注。Zhang等[24]通過ICP-MS對(duì)AuNPs標(biāo)記的抗體進(jìn)行了定量分析，與酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA）的結(jié)果一致;Liu等[25]基于AuNPs標(biāo)記通過毛細(xì)管電泳和ICP-MS聯(lián)用實(shí)現(xiàn)了人尿液中白蛋白的定量分析; Li等[26]采用基于AuNPs標(biāo)記，并通過ICP-MS法對(duì)大腸桿菌O157∶H7實(shí)現(xiàn)定量分析。由于AuNPs在生物標(biāo)記中的諸多優(yōu)勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用于生物樣品檢測(cè)[27]。

本研究建立了一種基于AuNPs標(biāo)記，并通過HPLC-ICP-MS聯(lián)用定量分析人血清中Tf的方法。首先優(yōu)化了包括緩沖液、pH值等AuNPs和Tf的標(biāo)記條件，然后將AuNPs標(biāo)記不同濃度的Tf標(biāo)準(zhǔn)品形成AuNPs-Tf標(biāo)記物，經(jīng)HPLC分離后，通過ICP-MS檢測(cè)標(biāo)記物上Au的信號(hào)強(qiáng)度，Au信號(hào)峰面積與Tf濃度之間線性關(guān)系良好。將本方法應(yīng)用于人血清標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（ERM-DA470/IFCC）中Tf的定量分析，結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值吻合。由于AuNPs的標(biāo)記起到了增強(qiáng)信號(hào)的作用，并結(jié)合ICP-MS的優(yōu)勢(shì)，本方法與傳統(tǒng)的基于免疫分析的Tf檢測(cè)方式相比，檢出限和靈敏度均有較大提升，具有實(shí)現(xiàn)復(fù)雜生物基體中低含量蛋白準(zhǔn)確定量分析的潛在優(yōu)勢(shì)。此外，Tf的定量分析可通過AuNPs最終溯源到SI單位，為臨床診斷中Tf的日常檢測(cè)及相關(guān)校準(zhǔn)物提供溯源基礎(chǔ)，保證臨床檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性。

2?實(shí)驗(yàn)部分

2.1?儀器與試劑

TU-1810紫外分光光度計(jì)（北京Purkinje公司）; 全自動(dòng)多功能酶標(biāo)儀（美國POLARstar Omega公司）： 以Milli-Q水作為空白，光譜掃描區(qū)間為400～700 nm，光譜分辨率為1 nm。JEM-3010 透射電子顯微鏡（TEM，荷蘭Philips公司），電壓200 kV。

LC-30A液相色譜系統(tǒng)（日本Shimadzu公司）包括LC-30AD泵、SIL-20A自動(dòng)進(jìn)樣器和SPD-20A UV檢測(cè)器，質(zhì)量范圍為10～500 kDa的SEC尺寸排阻柱TSK-gel G3000SWx1（7.8 mm×300 mm）和陰離子色譜柱Shodex QA-825（8.0 mm × 75 mm）用于蛋白質(zhì)的分離。

Agilent 7700x電感耦合等離子質(zhì)譜儀（美國Agilent公司），以Ar為載氣，1 ng/mL的7Li、59Co、89Y、140Ce、205Tl作為調(diào)諧溶液，測(cè)試前將儀器調(diào)試至最佳狀態(tài)。HPLC和ICP-MS的最佳測(cè)量參數(shù)見表1。

金標(biāo)準(zhǔn)溶液（100 μg/g，10% HCl）和銦標(biāo)準(zhǔn)溶液（100 μg/g，10% HCl）由中國計(jì)量科學(xué)研究院提供; 氯金酸（HAuCl4·4H2O）、甘氨酸（阿拉丁公司）; 甲酸銨、Tris（北京化工廠）; 磷酸鹽緩沖液由色譜純的NaH2PO4和Na2HPO4配制而成; 標(biāo)準(zhǔn)Tf、IgG、IgA（Sigma公司）; 人血標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（ERM-DA470/IFCC，歐洲標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和測(cè)量研究所）。實(shí)驗(yàn)用水為超純水（Milli-Q純凈水系統(tǒng)，美國Millipore公司）。

2.2?納米金的制備與表征

取50 mL 0.01% （m/V） HAuCl4于三口燒瓶中，回流加熱至沸騰，將1.75 mL 1% （m/V）檸檬酸鈉快速加入燒瓶中，加熱攪拌30 min，溶液由淺黃色過渡到紫色最終變?yōu)轷r紅色。反應(yīng)結(jié)束后，繼續(xù)攪拌20 min，冷卻至室溫，經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后，于4℃避光保存[28]。通過TEM觀察AUNPS粒徑大小。AuNPs的濃度由ICP-MS測(cè)定，Au單元素系列標(biāo)準(zhǔn)溶液由以1% HNO3配制，標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品中加入1 ng/mL In作為內(nèi)標(biāo)。

2.3?納米金與轉(zhuǎn)鐵蛋白的標(biāo)記

在3種緩沖溶液中進(jìn)行Tf與AuNPs的標(biāo)記：10 mmol/L Tris-HCl緩沖溶液（pH 6.8和7.8）; 50 mmol/L硼酸鹽緩沖溶液（pH 6.8和7.8）; 10 mmol/L磷酸鹽緩沖溶液（Na2HPO4-NaH2PO4，pH 5.8、6.8和7.8）。

取1 mL AuNP， s在9000 r/min下離心20 min，棄去上清液，沉淀重懸于1 mL以上緩沖溶液中，加入96孔板中，200 μL/孔[29]，分別加入0.1 mg/mL Tf標(biāo)準(zhǔn)品1、2、4、6和8 μL。 于室溫下輕微搖動(dòng)30 min。 之后向每孔中加入10 μL 12% NaCl溶液，通過多孔板中溶液顏色的變化及吸收峰值大小，考察AuNPs在不同緩沖液中的穩(wěn)定性及穩(wěn)定AuNPs所需的最小Tf濃度。

2.4?樣品前處理及HPLC-ICP-MS測(cè)量

分別取濃度為1、10、25、50、100和200 μg/mL的Tf標(biāo)準(zhǔn)品5 μL， 與200 μL重懸在標(biāo)記緩沖液的AuNPs混合，37℃避光搖振孵育2 h，以確保反應(yīng)完全。

對(duì)于人血清標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)ERM-DA470/IFCC樣品，根據(jù)產(chǎn)品說明提供的方法對(duì)樣品進(jìn)行復(fù)溶，復(fù)溶后的血清樣品中Tf濃度為（2.45±0.08） mg/mL，4℃儲(chǔ)存，備用。與AuNPs的標(biāo)記過程同上。

通過雙向閥將HPLC的出液管和ICP-MS的進(jìn)樣管相接， 實(shí)現(xiàn)HPLC-ICP-MS的聯(lián)用。樣品在進(jìn)樣之前經(jīng)0.45 μm濾膜過濾，在測(cè)量之前對(duì)ICP-MS各參數(shù)均進(jìn)行調(diào)諧，使儀器靈敏度等參數(shù)達(dá)到最佳狀態(tài)，主要干擾（如氧化物）干擾降至1.5%以下，雙電荷干擾在3%以下。樣品經(jīng)過HPLC分離后，以最大0.8 mL/min的速度通過進(jìn)樣管進(jìn)入ICP-MS的霧化器，選擇采樣速度在1.0 mL/min的霧化器以保證樣品進(jìn)入ICP-MS不會(huì)出現(xiàn)積液現(xiàn)象。選擇197Au為ICP-MS待檢測(cè)同位素，匹配與HPLC相同的測(cè)試時(shí)間， 以實(shí)時(shí)持續(xù)捕捉Au信號(hào)，得到整個(gè)液相色譜分析過程中的Au信號(hào)譜圖，信號(hào)峰面積通過Origin 8.0積分得到。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)試3次。

分別采用尺寸排阻色譜柱（SEC）和陰離子色譜柱（IEC）對(duì)血清中的AuNPs-Tf進(jìn)行分離，并采用ICP-MS在線測(cè)量Au的信號(hào)。采用SEC-ICP-MS方法時(shí)，首先采用ProteoExtractTM白蛋白去除試劑盒去除等電點(diǎn)和Tf相近的高豐度白蛋白Alb（pI= 4.7），然后進(jìn)行AuNPs標(biāo)記。

3?結(jié)果與討論

3.1?納米金與轉(zhuǎn)鐵蛋白的標(biāo)記條件優(yōu)化

AuNPs與蛋白質(zhì)的標(biāo)記效率主要取決于標(biāo)記緩沖液的種類和pH值，由于蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)，每種蛋白質(zhì)都具有特定的等電點(diǎn)，當(dāng)標(biāo)記環(huán)境的pH值略高于Tf的等電點(diǎn)5.3時(shí)，Tf與AuNPs顆粒間的靜電作用較小，表面張力最大，Tf處于微弱的水化狀態(tài)，而且保留著親水作用，從而促使Tf和AuNPs結(jié)合[30]。

AuNPs溶液中納米金顆粒間由于存在靜電斥力而保持穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)向其中加入NaCl溶液后，其作為電解質(zhì)溶液能屏蔽AuNPs顆粒間的靜電斥力，導(dǎo)致AuNPs聚集，溶液顏色變藍(lán)，因此對(duì)AuNPs的穩(wěn)定性具有破壞作用。Tf可以吸附在AuNPs表面作為保護(hù)層，但吸附的Tf分子數(shù)不足時(shí)， AuNPs的穩(wěn)定性仍會(huì)被NaCl破壞，因此在AuNPs穩(wěn)定的前提下所需Tf越少，表明AuNPs所處緩沖液越適合標(biāo)記。

不同緩沖溶液中AuNPs與Tf的標(biāo)記顯色如圖1所示。在Tris-HCl緩沖溶液中，NaCl加入之前AuNPs就已開始聚集顯藍(lán)色，因此不適合。向多孔板中加入不同濃度的Tf，30 min后再加入10 μL 12% NaCl溶液，此時(shí)硼酸和磷酸鹽緩沖液中均不同程度變藍(lán)，采用酶標(biāo)儀在400～700 nm波長范圍對(duì)各孔進(jìn)行掃描，由于分散態(tài)和聚集態(tài)AuNPs顆粒的光吸收不同，因此可通過吸收峰值大小來選擇最佳標(biāo)記緩沖溶液條件。

AuNPs溶液中Tf濃度對(duì)溶液吸收峰的影響見圖2，橫坐標(biāo)為各孔中Tf的濃度，縱坐標(biāo)為測(cè)得的各孔吸收值（400～700 nm），分散態(tài)和聚集態(tài)納米顆粒的光吸收不同，吸收值越小，表示AuNPs越穩(wěn)定。圖2表明，同一緩沖液中Tf濃度越大，溶液的吸收峰值越小，即AuNPs-Tf粒徑越小，

AuNPs與Tf結(jié)合的更緊密，溶液的吸收峰達(dá)到最小值表示AuNPs和Tf結(jié)合穩(wěn)定，粒徑不再發(fā)生變化，此時(shí)Tf濃度即為穩(wěn)定AuNPs所需的最小濃度。在本研究中， pH 6.8的磷酸緩沖液中AuNPs的吸收峰與其它標(biāo)記緩沖相比，在不同Tf濃度下均最小，因此選擇此溶液為標(biāo)記緩沖液，且穩(wěn)定AuNPs所需的最小Tf濃度為3 μg/mL。

3.2?納米金及其標(biāo)記物（AuNPs-Tf）的表征

所制備的用于標(biāo)記Tf的AuNPs，其粒徑大小及均勻性對(duì)標(biāo)記效果有重要影響。粒徑小的AuNPs不易聚集，穩(wěn)定性通常更好，粒徑均勻則可降低Tf在AuNPs上結(jié)合數(shù)量的差異。采用高分辨率透射電子顯微鏡（TEM）對(duì)制備的AuNPs顆粒及AuNPs-Tf進(jìn)行表征。

如圖3A所示，制備的AuNPs呈較為規(guī)則的球形，分散均勻。隨機(jī)選擇至少200個(gè)AuNPs顆粒觀察其粒徑大小及分布，由圖3B可知，AuNPs平均粒徑為15 nm，且粒徑分布均應(yīng)。由于AuNPs具有面心立方結(jié)構(gòu)，可以通過公式（1）計(jì)算每個(gè)AuNPs平均所含的金原子數(shù)目[31]：

NAu=NAπρD3/（6M）（1）

其中， NAu為每個(gè)AuNPs顆粒的平均金原子數(shù)，Na為阿伏加德羅常數(shù)， ρ為AuNPs的密度（1.93×1020 g/nm3）， M為金元素原子質(zhì)量， D為AuNPs的直徑（15 nm）。

經(jīng)計(jì)算，每個(gè)AuNPs顆粒含有1.04×105個(gè)金原子，單個(gè)AuNPs顆粒的重量MAuNPs=NAuM/NA=1.04×105×197/（6.02×1023）=3.41×1017 g。圖3C為標(biāo)記后AuNPs-Tf的TEM圖，與圖3A相比，AuNPs周邊出現(xiàn)了一層由于Tf吸附而形成的光暈，與標(biāo)記前的AuNPs顆粒有明顯區(qū)別，證明Tf分子標(biāo)記在AuNPs顆粒表面。

由于AuNPs顆粒表面具有等離子體共振特性，可在460～560 nm之間觀察到強(qiáng)吸收峰，峰值大小取決于AuNPs的大小。圖4為AuNPs及其與Tf標(biāo)記后的400～700 nm的吸收譜圖，AuNPs吸收峰位于519 nm，標(biāo)記后AuNPs-Tf的吸收峰紅移5 nm，這是由于AuNPs被Tf吸附而導(dǎo)致吸收峰紅移，并且吸收強(qiáng)度比標(biāo)記前高，證明Tf已標(biāo)記在AuNPs顆粒上。

本研究制備的AuNPs顆粒中，由ICP-MS測(cè)得Au濃度為31.54 μg/mL。結(jié)合單個(gè)AuNPs的質(zhì)量（3.41×1017g）， 得到每毫升AuNPs溶液中AuNPs個(gè)數(shù)為9.25×1011個(gè)。

3.3?納米金與轉(zhuǎn)鐵蛋白標(biāo)記物的HPLC-ICP-MS分析

圖5A為不同濃度Tf標(biāo)準(zhǔn)品（1、10、25、50、100和200 μg/mL）的液相色譜圖，Tf的保留時(shí)間為16 min。 Tf經(jīng)AuNPs標(biāo)記后的液相色譜圖如圖5B所示，在11 min出現(xiàn)了新的AuNPs-Tf吸收峰，這是由于Tf與AuNPs結(jié)合后，分子量增大，保留時(shí)間減小。當(dāng)溶液中Tf濃度在25～2500 ng/mL范圍內(nèi)時(shí)，由于AuNPs過量，隨著Tf濃度增加，AuNPs-Tf不斷增多，但當(dāng)Tf濃度達(dá)到5 μg/mL時(shí)，AuNPs-Tf不再增多，且16 min處出現(xiàn)未標(biāo)記的Tf，此時(shí)未與AuNPs結(jié)合的過量Tf被洗脫出來，圖5B右側(cè)的峰是Tf相對(duì)于AuNPs， 過量Tf產(chǎn)生的。

在圖5C的HPLC-MS圖中，在11 min的AuNPs-Tf保留時(shí)間處檢測(cè)到了Au信號(hào)，且信號(hào)峰面積隨著Tf濃度的增加而增大，二者之間存在線性關(guān)系，可通過HPLC-ICP-?MS測(cè)定樣品中的Au實(shí)現(xiàn)Tf的定量分析。圖5D顯示了Tf濃度與AuNPs-Tf中Au信號(hào)峰面積之間的關(guān)系，AuNPs濃度一定時(shí)，當(dāng)Tf濃度增加到3 μg/mL時(shí)，Au信號(hào)峰面積最大，AuNPs標(biāo)記Tf達(dá)到飽和。因此，可以在達(dá)到飽和以前，建立Tf濃度和AuNPs-Tf上Au信號(hào)峰面積的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

每個(gè)AuNPs上結(jié)合的Tf 分子數(shù)可由公式（2）計(jì)算[18]：

n=NTf SfAuNPs/（NAuNPsSbAuNPs）（2）

其中， NAuNPs為溶液中AuNPs顆粒個(gè)數(shù)，NTf 為溶液中Tf的分子數(shù)，SfAuNPs為AuNPs完全標(biāo)記時(shí)的Au信號(hào)峰面積，SbAuNPs 為AuNPs-Tf的Au信號(hào)峰面積，結(jié)合Tf的摩爾質(zhì)量（75.2 kDa）， 可計(jì)算得到每個(gè)AuNPs顆粒上標(biāo)記了26個(gè)Tf分子。

在20～2500 ng/mL濃度范圍內(nèi)，Tf濃度與Au信號(hào)呈良好的線性關(guān)系（y=0.019969x），線性相關(guān)系數(shù)R2=0.9959。以純水為空白，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差SD，1 μg/mL Tf標(biāo)準(zhǔn)品標(biāo)記后單獨(dú)進(jìn)樣作為標(biāo)準(zhǔn)溶液計(jì)算靈敏度S，以3倍的SD計(jì)算得方法的檢出限為6 ng/mL，7次重復(fù)進(jìn)樣的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.8%。

3.4?HPLC-ICP-MS定量分析人血清中的轉(zhuǎn)鐵蛋白

為了驗(yàn)證本方法對(duì)復(fù)雜生物基體樣品中Tf定量分析的適用性，采用人血清標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（ERM-DA470/IFCC）對(duì)方法進(jìn)行驗(yàn)證。將血清樣品進(jìn)行AuNPs標(biāo)記后，分別采用尺寸排阻色譜柱（SEC）和陰離子色譜柱（IEC）對(duì)血清中Tf進(jìn)行分離，并采用ICP-MS在線測(cè)量Au的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)Tf的定量分析。

3.4.1?SEC-ICP-MS測(cè)量人血清中的轉(zhuǎn)鐵蛋白?血清中有很多種蛋白， 在采用AuNPs標(biāo)記時(shí)，如有其它蛋白也與AuNPs結(jié)合，將會(huì)對(duì)目標(biāo)蛋白的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。為避免這一點(diǎn)，首先通過ProteoExtractTM白蛋白去除試劑盒去除血清中等電點(diǎn)與Tf相近的白蛋白（Alb）。圖6A為血清樣品的液相色譜圖，Alb和Tf由于分子量接近而重疊，圖6B為去除Alb后的液相色譜圖。進(jìn)一步考察了AuNPs標(biāo)記Tf的特異性，選擇了人血清中含量較高的IgG、IgA、α-1-抗胰蛋白和甘氨酸作為干擾物，經(jīng)過相同的標(biāo)記處理后進(jìn)行分析，這些干擾物與AuNPs孵育后，在液相色譜圖上并未產(chǎn)生新峰（圖7A），各干擾物的峰形和峰高在標(biāo)記前后未發(fā)生明顯變化，在相應(yīng)的質(zhì)譜圖上也未出現(xiàn)Au的信號(hào)峰（圖7B）。因此，在本條件（10 mmol/L磷酸鹽緩沖溶液，pH 6.8）下，AuNPs標(biāo)記Tf未受到血清中其它蛋白的影響。

正常人血清中Tf的濃度約為2.2～4.0 mg/mL，為了保證血清樣品中Tf的濃度水平在建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍之內(nèi)，將去除白蛋白后的血清標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分別稀釋30、50和100倍，標(biāo)記之后經(jīng)SEC-ICP-MS進(jìn)行測(cè)量。另取樣品，加入與樣品中濃度大致相同的Tf標(biāo)準(zhǔn)品，測(cè)定回收率，結(jié)果如表2所示。不同稀釋倍數(shù)的樣品的測(cè)定值分別為2.53、2.58和2.64 mg/mL，回收率在95.2%～102.6%之間，測(cè)量結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)值不確定度范圍之內(nèi)。

3.4.2?IEC-ICP-MS測(cè)量人血清中的轉(zhuǎn)鐵蛋白?采用另外一種方式考察血清中其它蛋白對(duì)Tf測(cè)量結(jié)果的影響。血清經(jīng)AuNPs標(biāo)記后，采用Shodex QA-825陰離子色譜柱分離出血清中AuNPs-Tf的色譜峰，如圖8B所示，與未標(biāo)記血清樣品中的Tf保留時(shí)間一致（圖8A），即在Tf保留時(shí)間處出現(xiàn)AuNPs-Tf特征峰，而白蛋白和IgG峰形未受AuNPs標(biāo)記的影響。在相應(yīng)的質(zhì)譜圖（圖8C）中，在AuNPs-Tf保留時(shí)間處檢測(cè)到了Au信號(hào)，IgG處并未檢測(cè)到Au的信號(hào)，而在Alb處有較小的Au信號(hào)峰，表明AuNPs也會(huì)與Alb有少量標(biāo)記。此外，質(zhì)譜圖上仍檢測(cè)到了其它微量Au信號(hào)峰，可能是AuNPs和其它未知蛋白標(biāo)記的結(jié)果，但由于Tf已從血清中分離出來，其它蛋白與AuNPs標(biāo)記后產(chǎn)生的Au信號(hào)峰未對(duì)AuNPs-Tf上Au信號(hào)峰的測(cè)定造成干擾。

測(cè)量結(jié)果如表2所示，不同稀釋倍數(shù)樣品的測(cè)定值分別為2.39、2.48和2.52 mg/mL，在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值的不確定度范圍之內(nèi)，回收率在94.3%～98.7%之間。

在SEC-ICP-MS方法中，首先需要對(duì)血清進(jìn)行去除白蛋白處理，然后再進(jìn)行標(biāo)記定量分析。而IEC-ICP-MS方法可分離出血清中AuNPs-Tf的色譜峰，避免了白蛋白對(duì)測(cè)定造成的干擾，省去了去除白蛋白處理過程，定量分析結(jié)果也更加準(zhǔn)確，這兩種方法的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在檢出限、靈敏度和溯源性方面。本方法雖操作較復(fù)雜，但其準(zhǔn)確性和溯源性更好，可作為溯源鏈頂端的參考方法，為臨床診斷中Tf的日常檢測(cè)方法及相關(guān)校準(zhǔn)物提供溯源基礎(chǔ)。此外，本方法具有優(yōu)良的靈敏度和檢出限，可用于復(fù)雜基體樣品中低含量蛋白的檢測(cè)。

4?結(jié) 論

建立了基于AuNPs標(biāo)記，HPLC-ICP-MS定量分析人血清中的Tf的方法。制備了具有良好分散性和穩(wěn)定性的粒徑為15 nm的AuNPs，優(yōu)化了AuNPs與Tf的最佳標(biāo)記條件，建立的方法的檢測(cè)范圍寬（3個(gè)數(shù)量級(jí)），方法檢出限顯著降低。將本方法應(yīng)用到復(fù)雜人血清樣品（ERM-DA470/IFCC）中Tf的定量分析，測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值等效一致，證明了本方法對(duì)實(shí)際樣品檢測(cè)的適用性。本方法在檢出限、靈敏度上均有提升，且可通過AuNPs最終溯源到SI單位，為臨床診斷中Tf的日常檢測(cè)及相關(guān)校準(zhǔn)物提供溯源基礎(chǔ)，同時(shí)為定量分析復(fù)雜樣品中低含量蛋白提供了新的方法。

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Quantification of Human Serum Transferrin Based on High Performance

Liquid Chromatography-Inductively Coupled Plasma-Mass

Spectrometry with Gold Nanoparticles Labeling

HAN Ya-Chen1，2， FENG Liu-Xing*2， LI Hong-Mei2， XIONG Jin-Ping1

1（College of Material Science and Technology，Beijing University of Chemical Technology， Beijing 100029， China）

2（National Institute of Metrology， Beijing 100029， China）

Abstract?A simple and sensitive method for quantification of transferrin （Tf） in human serum by high performance liquid chromatography （HPLC） coupled with inductively coupled plasma mass spectrometer （ICP-MS） with gold nanoparticles （AuNPs） labeling was established. Accurate quantification of standard Tf and Tf in human serum were achieved by measuring the concentration of AuNPs labeled on Tf. Tf could be incubated with most amount of AuNPs to form AuNPs-Tf in phosphate buffer （pH 6.8）. Since gold atoms labeled to the Tf molecule could enhance the signals， accurate quantification of Tf in human serum could be achieved by gold signal measurement with ICP-MS after AuNPs-Tf was separated by HPLC. Good linear correlation coefficient （R2=0.9959） was obtained between Au peak area on AuNPs-Tf and concentration of Tf with a wide linear response over 3 orders of magnitude， and the limit of detection was 6 ng/mL. The developed method was successfully applied for detection of Tf in human serum certified reference material （ERM-DA470/IFCC） after being verified by standard Tf. Good agreement was achieved and the quantitative recovery was in the range of 95.2%-102.6%. Due to signal amplification of AuNPs and ultra-sensitive detection of ICP-MS， the sensitivity and accuracy were improved significantly compared to traditional enzyme-linked immunosorbent assay. Moreover， the measurement results could be directly traced to SI unit.

Keywords?High performance liquid chromatography-inductively coupled plasma-mass spectrometry;Gold nanoparticles;Transferrin

（Received 8 July 2019;accepted 24 October 2019）

This work was supported by the National Key Research and Development Program （No. 2017YFF0205402） and the National Natural Science Foundation of China （No.11475163）.