综述：用于检测生物大分子的毛细管凝胶电泳技术研究进展

《Journal of Chromatography A》：Research Advances in Capillary Gel Electrophoresis for Detecting Biomacromolecules

本文综述了2015-2025年毛细管凝胶电泳（CGE）在蛋白质、核酸及多糖等生物大分子分离分析中的应用进展，总结了其高分辨率、低样本需求及与质谱联用优势，并探讨了未来发展方向。

　　

刘文静|张颖|李秋阳|李瑞婷|赵龙|Tharcisse Gatera|马曲环|杨俊莉|史晓峰

甘肃中医药大学药学院，兰州，730000，中国

摘要

毛细管凝胶电泳（CGE）已被用于生物大分子的分离已有三十多年历史。得益于凝胶材料的进步和电泳仪器的不断发展，CGE方法现已成为常规分离和分析生物大分子的公认金标准。这归功于其卓越的分离能力以及结果的高稳定性和可靠性。本文回顾了2015年至2025年间CGE在生物大分子（包括蛋白质、核酸和多糖）分离和分析方面的研究进展与应用，并展望了该技术的未来发展。

引言

蛋白质、核酸和多糖等大分子是维持生命过程的重要组成部分。它们具有复杂的结构、特定的活性和多样的功能[1,2]，与基因表达、代谢调节和信号转导等基本生物过程密切相关。因此，精确分析这些物质在体内的分布和结构变化有助于从分子水平上理解疾病的发病机制和进展，对疾病诊断和药物开发研究具有重要意义。然而，由于大分子含量低以及内源性物质的干扰等问题，传统分析技术（如比色分析）在生物大分子分离和分析以及药物筛选等领域中的应用受到限制。

CGE是毛细管电泳（CE）的一种分离模式，通过将凝胶介质引入毛细管来实现快速分离。其工作原理基于带电粒子在电场下的不同迁移速率以及凝胶基质的分子筛分效应。CGE结合了高分辨率、高自动化程度、快速的分析速度和最小的样品消耗量[4]。根据分子量的差异，可以实现对目标物质的基础分离，显著减少复杂基质对检测结果的干扰。当与超高灵敏度检测器（如质谱（MS）或激光诱导荧光（LIF）结合使用时，即使在样品背景复杂、内源性干扰严重或目标含量低的情况下，CGE也能提供高信噪比和可靠的定量结果。这使得它特别适合用于生物大分子的分离和分析。值得注意的是，通过改变凝胶浓度或使用不同类型的凝胶材料，CGE还可以调节筛分介质的孔径，从而适应不同分子量物质的分离和分析需求。此外，CGE可以在较温和的条件下运行，更适合处理某些易降解的生物大分子。目前，CGE技术已广泛应用于生物医学、法医鉴定和药物开发等多个领域，在DNA分析和蛋白质组学等关键领域展现了其独特的应用价值和不可替代性。为进一步向读者展示CGE的应用优势，本文在表1中列出了主流生物大分子分析技术的特点。通过多维度比较，说明了CGE的应用场景和适用范围。表格表明，CGE与液相色谱-质谱（LC-MS）、聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）和尺寸排阻色谱（SEC）等技术具有很好的互补性，使其成为生物大分子分离和分析的强大工具。

本文综述了CGE在蛋白质、核酸和多糖等生物大分子分离分析方面的研究进展和应用。讨论了CGE技术的优势、其与不同凝胶材料结合时的分离特性以及当前面临的挑战，并展望了CGE的未来发展趋势，旨在为开发复杂样品中生物大分子的分离和分析新方法提供参考。

部分摘录

CGE在蛋白质大分子分离和分析中的研究

基于蛋白质的物质具有复杂的结构、特定的活性和多样的功能。某些特定蛋白质（如单克隆抗体、抗体-药物偶联物、融合蛋白、纳米抗体、治疗性酶、肽类激素和含有蛋白质外壳的病毒载体）的内容、序列和三维构象的动态变化可以直接调节核心生理和病理过程，包括代谢等。

CGE在核酸大分子分离和分析中的研究

核酸是由核苷酸通过磷酸二酯键连接而成的生物大分子，主要包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两大类。作为遗传信息的载体和基因表达的关键调节因子，它们在生命过程中起着核心作用。近年来，随着基因治疗和核酸技术的快速发展，基于核酸的各种治疗手段（如mRNA疫苗和siRNA药物）已得到广泛应用。

CGE在多糖大分子分离和分析中的研究

多糖是由单糖通过糖苷键连接形成的天然大分子聚合物，广泛存在于各种生物体中，具有结构多样性和复杂的功能。这些化合物在许多生理过程中发挥着关键作用，包括免疫调节、抗氧化防御、抗炎反应和维持稳态，同时参与能量代谢等生命活动[111]。

结论与未来展望

生物大分子的分离和分析对生物制药行业和生物医学领域具有重要的研究意义。同时，这些生物大分子药物的质量控制、稳定性评估和有效性评估需要精确的测量和严格的监测。自问世以来，CGE技术经历了数十年的技术演变。如今，凭借其高分辨率、高灵敏度和低样品消耗量的独特优势，CGE在生物分析领域发挥着重要作用。

缩写

CGE	毛细管凝胶电泳
CE	毛细管电泳
MS	质谱
LIF	激光诱导荧光
LC-MS	液相色谱-质谱
PAGE	聚丙烯酰胺凝胶电泳
SEC	尺寸排阻色谱
HPLC-SEC	高效液相色谱-尺寸排阻色谱
HMW	高分子量杂质
SDS-CGE	十二烷基硫酸钠毛细管凝胶电泳
mAbs	单克隆抗体
LC	轻链
HC	重链
SDS	十二烷基硫酸钠
SHS	十六烷基硫酸钠
STS

资助信息

本研究得到了非传染性疾病国家科技重大专项（2030ZD0505300, 2023ZD0505305）、国家重点研发计划“中医药现代化”（项目编号2024YFC3505600&2024YFC3505603）、国家自然科学基金（项目编号22504161）、甘肃省药品监管科学研究项目（2025GSMPA066）等的支持。

作者贡献声明

刘文静：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、研究调查、概念构思。张颖：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理。李秋阳：初稿撰写、可视化处理。李瑞婷：初稿撰写、方法学设计。赵龙：初稿撰写、概念构思。Tharcisse Gatera：初稿撰写、研究调查。马曲环：项目管理。杨俊莉：项目管理。史晓峰：项目支持。

利益冲突声明

我们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了非传染性疾病国家科技重大专项（2030ZD0505300, 2023ZD0505305）、国家重点研发计划“中医药现代化”（项目编号2024YFC3505600&2024YFC3505603）、国家自然科学基金（项目编号22504161）、甘肃省药品监管科学研究项目（2025GSMPA066）以及城关区科技计划的支持。