基于循环离子淌度-质谱的β-淀粉样蛋白(1-42)寡聚体分析：方法优化、构象解析及其在阿尔茨海默病研究中的意义

《ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL CHEMISTRY》：Analysis of amyloid beta oligomers by cyclic ion mobility-mass spectrometry

本研究针对阿尔茨海默病(AD)中关键致病因子——β-淀粉样蛋白(Aβ)寡聚体难以精准表征的难题，系统开发并优化了循环离子淌度-质谱(cIMS)分析方法。研究人员通过精细调控锥电压(CV)等参数，成功实现了从二聚体到十二聚体的宽谱系Aβ(1-42)寡聚体高分辨检测，并首次揭示了其尺寸依赖的构象转变规律。该研究为AD病理机制研究和治疗策略开发提供了重要的方法学基础。

　　

在阿尔茨海默病这场悄无声息的"记忆窃取"过程中，科学家们逐渐将目光聚焦于一类微小的蛋白质聚集体——β-淀粉样蛋白(Amyloid-beta, Aβ)寡聚体。这些比头发丝还要细小数千倍的分子，被认为是触发大脑神经细胞死亡级联反应的关键推手。然而，由于Aβ寡聚体具有结构不稳定、存在时间短暂且形态多样等特点，传统分析方法难以对其进行精准捕捉和表征，这严重制约了人们对阿尔茨海默病发病机制的深入理解。

面对这一挑战，研究人员将目光投向了循环离子淌度-质谱(Cyclic Ion Mobility-Mass Spectrometry, cIMS)这一新兴技术。与传统的行进波离子淌度(Traveling Wave Ion Mobility, TWIM)设备相比，cIMS平台通过其可扩展的离子淌度路径长度提供了更高的分辨率。但这一多级平台也带来了新的挑战——需要系统研究影响寡聚体传输和活化的参数，以确保对Aβ寡聚体这种不稳定动态系统的可靠分析。

研究团队首先建立了一套系统的Aβ(1-42)寡聚体体外分析方法。他们采用1,1,1,3,3,3-六氟-2-丙烷醇(Hexafluoro-2-propanol, HFIP)和氨水处理肽膜以解聚预存聚集体，随后将样品在水中孵育24小时以诱导寡聚体形成。所有实验均在SELECT SERIES Cyclic IMS质谱仪上进行，使用自制静态纳升电喷雾离子源，喷雾电压为0.7-1.4 kV，离子源温度设置为20°C。

研究中最关键的发现是锥电压(Cone Voltage, CV)对离子源内活化、后续结构变化和寡聚体检测的深远影响。通过系统优化，研究人员发现较低的CV值(如20V)有利于较大寡聚体(如四聚体八价离子Tet⁸⁺和三聚体六价离子Tri⁶⁺)的传输，但脱溶剂效率较低限制了灵敏度。而较高的CV值(如120V)虽然显著提高了低阶寡聚体的信号强度，却导致高阶寡聚体解离。最佳CV设置在40-60V之间，可在有效脱溶剂和保持寡聚体完整性之间取得平衡。

研究人员还观察到，增加CV会导致电荷态分布向较低电荷态偏移，产生更高的质荷比(m/z)。这种变化源于两个相互关联的机制：低电荷态离子获得较低的动能，更不易碎裂；而高电荷态离子获得较高动能，导致源内解离和信号丢失。此外，CV增加还会诱导寡聚体解折叠，如二聚体五价离子(Di⁵⁺)在约80V时开始解折叠，三聚体七价离子(Tri⁷⁺)在约60V时解折叠，表明Tri⁷⁺的稳定性较低。

离子传输优化

通过优化StepWave离子导引装置参数(体梯度20.0V，头梯度10.0V)，提高离子导引射频(RF)电压至700V，以及调整传输池RF电压至800V，显著改善了高分子量离子的传输效率。降低阵列偏压(Array Offset)和环形跑道偏压(Racetrack Bias)从70V至50V，使高分子量物种的检测灵敏度提高了三倍以上。

离子淌度参数

单次通过cIMS方法包括三个步骤：离子从预阵列储存器注入多功能阵列(10ms)，离子被推进环形跑道进行淌度分离(5ms)，分离后的离子被引导至检测器。优化后的参数使得从二聚体到十二聚体的Aβ(1-42)寡聚体都能被有效检测，大多数寡聚体以多种电荷态被观察到。

碰撞诱导解折叠

碰撞诱导解折叠(Collision-Induced Unfolding, CIU)实验揭示了Aβ(1-42)寡聚体的构象动力学和稳定性。Di⁵⁺物种在约17V碰撞电压下开始解折叠，CIU₅₀(50%初始构象发生解折叠的电压)为22V。相比之下，Tri⁷⁺离子在较高碰撞电压下解折叠，CIU₅₀为25V，且解折叠过程通过不稳定的瞬态物种进行，表明其构象灵活性更高。

多通道模式下的气相稳定性

多通道实验显示，二聚体离子在环形离子淌度池中的传输损失约为每次通过6.2%，到达时间分布(Arrival Time Distribution, ATD)峰展宽是由于扩散和离子活化所致。尽管如此，Di⁵⁺物种在多次通过中未观察到明显的结构重排，证明了多通道实验用于结构研究的可行性。

该研究建立了一套完整的cIMS分析Aβ(1-42)寡聚体的方法论框架，为未来研究Aβ(1-42)聚集机制、AD发病机制和治疗应用奠定了基础。通过精细优化仪器参数，研究人员成功实现了对二聚体至十二聚体的宽谱系检测，灵敏度提升显著(单体3倍、二聚体72倍、三聚体64倍)。碰撞诱导解折叠实验揭示了寡聚体的尺寸依赖性构象转变，而多通道实验证明了该方法在扩展分离效率方面的实用性。这些发现不仅为阿尔茨海默病研究提供了强有力的分析工具，也为其他复杂生物系统的研究提供了重要参考。研究成果发表于《ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL CHEMISTRY》期刊，展示了先进质谱技术在神经退行性疾病研究中的重要应用价值。