基于pH调控的聚合物纳米酶反应器的细胞表面唾液酸的分析研究

细胞表面唾液酸（SA）是生命科学及分析化学前沿研究热点之一。通常需先高效酶解细胞及分离提取SA，再结合液相色谱-质谱联用技术对SA进行分析研究。但在细胞的酶解及SA的提取过程中常存在着如下技术难题：（1）细胞破碎后无法区分细胞内外的SA，且无法还原其原位实时的存在状态；（2）细胞裂解液中高丰度蛋白会干扰低丰度SA的提取；（3）SA提取效率及纯度完全依赖于所采用的生化或亲和方法，易导致错提、漏提等。综上可知，高选择性酶解细胞及分离提取细胞表面的SA是此项研究的关键环节。

图1. pH调控的聚合物纳米酶反应器的构建及其对细胞表面SA的分析应用研究

中国科学院化学研究所的齐莉研究员课题组前期已开发了一系列刺激响应聚合物基质酶反应器，并成功地应用于氨基酸酶的可控酶解研究（ACS Appl. Mater. Inter., 2019, 11, 15133-15140; ACS Appl. Bio Mater., 2021, 4, 966-973）。在此基础上，为了解决细胞表面SA的分析研究难题，设计了一种“反其道而行之”的策略，首创性的提出了将“细胞表面SA提出来”变为“把酶运过去-在线酶解”的研究思路，构建了基于聚合物材料的靶向识别细胞表面SA及其原位pH调控酶解分析的方法。首先，合成制备了聚合物PSM-PAA-ConA，将唾液酸酶包裹于其中，所构建的pH响应聚合物囊泡酶反应器为酶的可控释放提供了有利场所，利用ConA对癌细胞的靶向识别性能及唾液酸酶的特异酶解作用，实现了细胞表面SA的选择性酶解（图1）。同时，结合肌红蛋白的级联酶解反应实现了SA的定量分析。基此，还进一步考察了6种不同细胞表面的SA表达量。与已报道的工作相比，这种由pH调控的聚合物纳米酶反应器不仅为功能性刺激响应聚合物材料提供了潜在的生化应用平台，亦为细胞表面生物分子的原位分析提供了新途径。

上述成果发表在Analytical Chemistry 上，论文第一作者为乔娟，通讯作者为齐莉研究员。

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In Situ Determination of Sialic Acid on Cell Surface with a pH-Regulated Polymer Enzyme Nanoreactor

Juan Qiao, Yuying Song, Chuanfang Chen, and Li Qi*

Anal. Chem., 2021, 93, 7317–7322, DOI: 10.1021/acs.analchem.1c00880