基于镧系元素结合蛋白LanM的肽段研究：先进质谱技术揭示结合机制与结构动态

这篇综述聚焦于利用电喷雾电离(ESI)、碰撞诱导解离(CID)和离子淌度谱(IMS)等先进质谱技术，系统研究了源自天然镧系(Ln)结合蛋白lanmodulin的12氨基酸肽段及其反向序列与Eu3+的相互作用。研究发现气体相测量能快速反映溶液相结合趋势，其中反向合成肽段展现更高稳定性，CID碎片模式可指示关键结合残基，而IMS揭示了金属诱导的构象折叠动态。该方法为高通量筛选Ln结合肽提供了新策略。

　　

引言

镧系元素(Ln)因其独特电子性质在催化、成像和治疗领域不可或缺。2018年从细菌中发现的天然Ln结合蛋白lanmodulin(LanM)具有四个12氨基酸的EF-hand结合环，其中三个对Ln具有皮摩尔级亲和力。近期研究通过核磁共振(NMR)、等温滴定量热(ITC)等技术解析了其正向序列肽段与Eu³⁺的溶液相相互作用，但传统方法需大量样品和耗时分析。本研究首次将气体相质谱技术组合应用于Ln-肽体系，为快速评估结合特性提供了新范式。

结果与讨论

ESI质谱分析

电喷雾电离质谱显示所有肽段（EF1-4及其反向序列EFX-R）均形成1:1和1:2的肽-Eu³⁺复合物，电荷态以2+和3+为主。值得注意的是，反向肽段在相同条件下显示出更高的金属结合信号强度，与溶液相测量中其亲和力提升一个数量级的趋势一致。

碰撞诱导解离(CID)

金属化显著改变了肽段碎片模式：正向序列[EFX+Eu-H]²⁺主要丢失N端天冬氨酸(C₄H₅O₃N)和水分子，而反向序列[EFX-R+Eu-H]²⁺仅以水丢失为主导。这种差异与溶液相研究中反向肽段更稳定的结论吻合，且碎片模式可指示末端残基是否参与配位——例如EF1-3的N端Asp未参与Eu³⁺结合，而C端Glu则通过质谱信号缺失被证实为关键配位点。

离子淌度谱(IMS)

淌度测量揭示了电荷态与金属化对构象的协同调控：三电荷态[EFX+3H]³⁺因库仑斥力呈现展开构象（CCS≈490 ?²），而Eu³⁺替换质子后引发肽链折叠（CCS降低55 ?²）。反向肽段展现出更窄的CCS分布，暗示其构象均一性更高。双电荷态中，金属化引起的CCS变化较小，说明质子化肽段已处于较紧凑状态。

结论

气体相质谱技术成功捕捉到Ln-肽相互作用的核心特征：CID碎片指纹可快速识别结合残基，IMS能解析构象动态，且反向序列肽段的气体相稳定性与溶液相亲和力提升存在关联。该方法仅需微量样品即可实现结合特性初筛，为理性设计Ln选择性配体提供了高效工具。

实验方法

研究采用10 μM肽段与50 μM EuCl₃的水溶液体系，通过Waters Cyclic IMS系统（5循环模式，氮气压力1.8 mbar）获取CCS值，并以Thermo LTQ Orbitrap XL进行CID（激发能量18-19 NCE）。所有数据与先前溶液相研究（ITC、TRLFS等）相互验证，形成多尺度研究闭环。