非變性質(zhì)譜即天然質(zhì)譜法（Native Mass Spectrometry）,，是一種用于分析蛋白結(jié) 構(gòu)的質(zhì)譜方法,。使用這種方法，不改變蛋白 結(jié)構(gòu),，因此可獲得分析物在天然狀態(tài)下 的結(jié)構(gòu)信息[1] ,，這是Native MS的在蛋白藥物分 析中的個重要特性：非變性分析特性。 之所以可以保持蛋白的天然結(jié)構(gòu),，一方面是 因為在Native MS分析中,，避免了乙腈等有機 溶劑的使用，而是采用乙酸銨中性緩沖溶液,； 另一方面,，在離子化時,，為了避免了高溫及 高電壓條件，而采用了如納升靜態(tài)噴霧等柔 和的離子化方式[2] ,。
相對于常見的變性質(zhì)譜法,，在Native MS 的原始質(zhì)譜數(shù)據(jù)中，蛋白的離子信號移動到 了更高的質(zhì)荷比區(qū)域,。這是由于在常見的全 蛋白分子量測定中（變性質(zhì)譜法）,，蛋白在 含有乙腈的緩沖液及高溫高電壓的離子化條 件下，其結(jié)構(gòu)被破壞,，而伸展開來,，暴 露出了更多的可結(jié)合H+的部分，因此攜帶了更 多的電荷,。對于單抗來說,，采用變性質(zhì)譜法，其質(zhì)荷比主要分布于2000m/z至4000m/z,，而 Native MS 條件下 ,， 則分布于 5000m/z 至 7000m/z區(qū)域（圖1）。從圖一可以看出,，在 Native MS圖譜中,，不但信號的分布區(qū)域位于 高質(zhì)荷比區(qū)，更重要的是,，由于所帶電荷數(shù) 減少,，信號分布變得疏離。在復雜樣本分析 時,，疏離的信號分布會降低信號相互覆蓋的 可能性,。這是Native MS在蛋白藥物分析中的 第二個重要特性：簡化圖譜特性。
在單抗藥物相關(guān)分析中,，Native MS的非 變性分析特性,，被用于Cystine Linked ADC（利 用還原二硫鍵形成的抗體-藥物偶聯(lián)物）以及 抗體-抗原結(jié)合等分析；而Native MS的簡化圖 譜特性則被可用于糖基化定量,、雙功能抗體,、 混合抗體等分析項目中。
由于Native MS中樣品的質(zhì)荷比遠遠高于 常見的質(zhì)譜信號,，因此要對質(zhì)譜硬件進行特 殊設(shè)計,。問世的Exative Plus EMRTM質(zhì)譜， 是以超高分辨質(zhì)量分析器Orbitrap(靜電場軌道阱)為基礎(chǔ)的,，專為Native MS分析需求所設(shè)計 的一款儀器 ,， 其質(zhì)荷比范圍可覆蓋至 20000m/z。Exative Plus EMR以其超高分辨率,、 信號基線分辨能力以及*的穩(wěn)定性,，不但 被廣泛應(yīng)用在蛋白藥物分析,，甚至在分子量 高達80萬Da的蛋白復合體分析中都已被采用[3] （圖2）。
除高質(zhì)荷比范圍采集能力外,，去除粘附在 蛋白上的溶液分子及金屬離子也是提高Native MS圖譜質(zhì)量的必要條件,。粘附分子或離子的 存在會造成蛋白質(zhì)量變大的假象 [4] （圖3）， 從而影響分析準確度,。Exative Plus EMR在離子 源以及HCD碰撞池,，為去除粘附分子及離子做 了*的專門化設(shè)計[3] 。不同于其他的高分辨 質(zhì)譜,，Exactive Plus EMR允許用戶設(shè)置一定的 HCD碎裂能量以去除粘附分子及離子,；同時， *的EMR mode具有Automatically HCD GasControl 功能,，可對HCD碰撞池中的N2氣壓進 行調(diào)節(jié),。在Exactive Plus EMR上通過協(xié)同優(yōu)化 源內(nèi)裂解能量 ,、 HCD 碎裂能量和 HCD gas control三個參數(shù),，可盡可能多地除去粘附分子 及離子。
隨著單抗藥物市場競爭及應(yīng)對抗體抗藥性 的需求,，單抗-藥物偶聯(lián)物（Antibody Drug Conjugate,，ADC）類藥物已經(jīng)成為新型抗體藥 物開發(fā)的一個重要方向。在各種ADC藥物中,， 通過還原單抗二硫鍵,，將小分子藥物連接到 半胱氨酸巰上而形成的Cystine Linked ADC藥物， 由于其較好的結(jié)構(gòu)均一性及更穩(wěn)定的化學連 接形式,，已經(jīng)成為ADC藥物開發(fā)的重要方向,。 但是，由于負責連接輕,、重鏈的二硫鍵被打 開,，單抗內(nèi)各鏈間依靠非共價結(jié)合，因此,， 此類ADC藥物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差,。如果采用 常規(guī)的質(zhì)譜方法分析其DAR值（Drug Antibody Ratio），各鏈會發(fā)生分離,，導致分析失敗,。 而Native MS的非變性分析特性，正適用于此,。 圖4為Cystine Linked ADC藥物Adcetris進行DAR 分析的原始質(zhì)譜數(shù)據(jù)（Adcetris是FDA于2011 年批準的用于治療霍奇金淋巴瘤以及復發(fā)性 間變性大細胞淋巴瘤ADC藥物）[4] ,。圖中分別 展示了去糖基化與保留糖基化非變性質(zhì)譜數(shù) 據(jù)，可以看到,，即使是在樣品復雜程度巨大的含糖鏈ADC藥物的圖譜,，含相同小分子藥結(jié) 合數(shù)量的單抗信號也都被清晰分辨,，這就為 DAR值的準確計算打下了堅實的基礎(chǔ)。
Native MS在單抗寡糖的含量測定分析中 具有*的角度與優(yōu)點（圖5）,。在常見的分 析方法中,，首先是將糖鏈通過糖苷酶將寡糖 從蛋白中釋放出來。被釋放的寡糖將通過多 步處理,，使其連接熒光基團,。熒光基團的加 入是因為寡糖本身無光譜吸收，且離子化效 率非常低,，不利于質(zhì)譜分析,。標記熒光基團 后，可使用熒光檢測器分析,，并提高其質(zhì)譜 分析的離子化效率,。但是熒光標記必須經(jīng)過 多步復雜的樣品處理操作，整個實驗時間也 需要約2天時間,。因此此種方法具有工作效率低,，實驗成本高，操作難度大等缺點,。如果 操作經(jīng)驗不足,，易造成重現(xiàn)性差等問題。特 別是對于含有唾液酸的寡糖,，在樣品處理時 容易丟失,，造成實驗分析失敗。此外,，在連 接了熒光基團的寡糖中,，熒光基團只占了非 常小的一部分，對其寡糖離子化效率的提升 有限,。這也是寡糖在進行液質(zhì)分析時,，采用 液相-熒光檢測-質(zhì)譜檢測的原因（熒光信號主 要負責定量，質(zhì)譜信號主要負責定性）,。既 然熒光標記法具有如此多的不足之處,，為何 其在單抗的寡糖分析中仍被廣泛應(yīng)用？歸根 結(jié)底,，無非是因為想克服寡糖檢測信號的問 題,。而單抗上的寡糖其實天然地攜帶了一個 可提升信號的標記基團——抗體肽鏈部分?？?體分子量近15萬Da,，而糖鏈分子量僅為3-4千
Da左右。因此在質(zhì)譜分析的離子化過程中， 單抗的肽鏈將起到?jīng)Q定性作用,。Rosati等的研 究,，有力的證明了這一點：唾液酸含量是寡 糖離子化大的影響因素，唾液酸越多,，寡 糖離子化越差,，因此會造成不同組成糖鏈的 離子化效率不同，從而造成巨大的寡糖定量 分析誤差,。Rosati等發(fā)現(xiàn),，對于單抗，采用 Native MS分析,，在去除唾液酸前后,，其定量 結(jié)果相同[4] 。這就證明,，在Native MS條件下,， 唾液酸對單抗離子化效率沒有影響， 可以得 到更為準確的定量結(jié)果,。除避免了由于離子 化效率的影響,， Native MS不需要復雜的實驗 操作，從而巨大地提高了實驗的重現(xiàn)性和準 確度,。此外,，整個實驗時間也大幅縮短,，大 大提高了工作效率,。在應(yīng)用Native MS對單抗 寡糖準確定量的背后，包含了Native MS的簡化圖譜特點：Native MS疏離的信號分布會降 低不同糖型信號間相互覆蓋的可能性,，高質(zhì) 量的原始質(zhì)譜數(shù),，是寡糖準確定性與定量的 保證。類似的應(yīng)用還有難度更大的混合抗體 分析等[5] ,。在Natalie等人的工作中,，采用以 Orbitrap為基礎(chǔ)的Native MS分析15個單抗混合 物，并對其進行定量分析,，大定量分析誤 差（標準差）僅為1.14%[5]
借用生物質(zhì)譜人Heck在2012年Nature Methods上的一段話作為結(jié)尾“我們相信,，以 Orbitrap質(zhì)譜分析器為基礎(chǔ)的非變性質(zhì)譜法， 將會對結(jié)構(gòu)生物學,、生物化學,、系統(tǒng)生物學、 蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)研究,，特別是生物藥物表 征分析等多個領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的影響”[3] ,。
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