G 蛋白偶聯受體 (G-Protein-coupled reptors, GPCRs) 類的膜蛋白貢獻了大約50%的藥物靶點，因此對膜蛋白的結構表征意義重大。質譜做為蛋白研究最主要的工具之一已經發展的非常成熟，但由于膜蛋白一旦脫離了穩定的天然膜環境，天然結構就會遭到破壞，因此常規的質譜分析方法難以對膜蛋白等非共價連接的蛋白復合物進行研究。Native Mass 方法 (天然質譜法) 的出現則使對膜蛋白或共價連接的蛋白復合物質譜研究成為可能，Native Mass 可以在消耗少量樣品的情況下同時提供分子量、化學計量、純度等信息，更關鍵的是在這種方法下蛋白質能保持天然的狀態，因此，Native Mass已經成為膜蛋白等非共價連接的蛋白復合物天然結構表征的利器。

　　Native Mass 最早被應用在四級桿-飛行時間質譜 (Q-TOF) 上用于膜蛋白分析，近來年在傅立葉變換質譜 (FT-ICR) 或質量范圍擴展的軌道離子阱質譜 (Orbitrap-EMR) 上，采用 Native Mass 方法研究蛋白天然結構的報道越來越多。

　　2016年，加州大學洛杉磯分校 (UCLA) 的 Loo 教授團隊[1]用 Bacteriorhodopsin?OGMicelle (細菌視紫紅質-辛烷基葡糖苷膠束) 和 MSP1D1-Nd (膜骨架蛋白-納米磷脂盤復合物) 作為膜蛋白復合物的模型，比較了 Q-TOF (Waters Synapt G2)、FT-ICR (Bruker Solarix 15T FT-ICR) 和 Orbitrap-EMR (Thermo Orbitrap Exactive-Plus EMR) 三種質譜儀器在 Native MS 時的表現。

　　分析結果表明 FT-ICR 和 Orbitrap-EMR 相對于 Q-TOF 能得到更高質量的數據，Orbitrap-EMR (圖1b) 和 FT-ICR (圖1c) Native Mass 質譜圖顯然比 Q-TOF (圖1a) 具有更高的信噪比 (S/N)，并且 FT-ICR 和 Orbitrap-EMR 均可以基本做到基線分離，而 Q-TOF 無法做到。另外，由于 FT-ICR 獨特的離子傳輸設計，能更好地保持蛋白 Native 狀態，因此，比 Orbitrap-EMR 更容易得到更窄的電荷價態分布，從而使質譜圖更簡單。

　　▲ 圖1: MSP1D1-Nd 在 Q-TOF (1a)、Orbitrap-EMR (1b) 和 FT-ICR (1c) 上獲得的 Native Mass 質譜圖。質譜圖的右上角為去卷積后的質量分布和電荷數分布熱圖。

　　不同的解離技術對離子活化效率比較結果顯示，相對 Q-TOF 采用的 CID (碰撞誘導解離)，FT-ICR 采用的 IRMPD (紅外多光子解離) 更容易將 DMPC 從 MSP1D1-Nd 剝離，因此，經過解離后 MSP1D1-Nd 顆粒結合的 DMPC 數目更少，從而使MSP1D1-Nd 的譜圖更簡單 (圖2a, 2b)。

　　▲ 圖2: 在 Q-TOF 平臺采用 CID 離子解離時 MSP1D1-Nd 的質譜圖 (2a);在 FT-ICR 采用 IRMPD 離子活化時 MSP1D1-Nd 的質譜圖 (2b)。

　　FT-ICR 在分析中的獨特優勢，使其成為 Loo 教授團隊 Native Mass 研究首選質譜平臺，并在近期完成了多項開創性研究，包括利用 FT-ICR 在 Native Mass 條件下進行 Top-down 分析，研究蛋白和蛋白復合物的結構[2]，并將 Native Mass 與 Top-down 技術相結合，用于研究蛋白序列與高級結構和功能的關系[3]，還利用 Native Mass 分析方法，精確測定了 ADC (Antibody Drug Conjugates) 的 DAR (Drug Antibody Ratio)[4]。

　　[1] Iain D.G. Campuzano, et al., Anal. Chem., 2016, 88(24), 12427-12436

　　[2] Huilin Li, et al., Anal.Chem., 2017, 89(5), 2731-2738

　　[3] HuilinLi, et al., Nat. Chem.,2018, 10, 139-148

　　[4] Iain D. G. Campuzano,et al., Anal. Chem., 2018, 90(1), 745-751