我们提出了一种方法来检测 3-硝基酪氨酸化学修饰大气蛋白质与6毫米直径的圆形从空气采样器预过滤器切割使用高效液相色谱-电化学检测器 (hplc-ecd)。
3-硝基酸 (3-nt) 是通过与臭氧 (o3) 和二氧化氮 (no) 的反应而产生的大气生物气溶胶蛋白中的酪氨酸残留量.稳定的3-nt 是氧化损伤的一个特定标记, 据报道, 有促进过敏的作用。在本研究中, 我们报告了一种高度敏感的检测方法, 用于量化空气采样器中的3-nt 过滤器, 以收集从城市环境空气中 < 2.5μm 的颗粒物 (pm2.5), 包括生物气溶胶。该方法从空气采样器的过滤器中切割出直径为6毫米的圆孔, 并与非特异性蛋白酶鸡尾酒混合, 以水解蛋白质。使用高效液相色谱-电化学检测器 (hplc-ecd) 对3-nt 消化到氨基酸水平的蛋白质样品进行了测试。在4.5 至7.3μm 尺寸 pm 的预过滤器中检测到了最大的3-nt 含量, 检出限为 1.13 pg/m3。
气溶胶或空气中的 pm 含有来自各种生物来源的蛋白质, 包括病毒、原核生物、真菌、植物 (花粉) 和动物 (昆虫、人类) 1。在 pm 中的蛋白质含量的比例估计接近 5%, 这被认为是空气中的过敏原2的主要作用.最近的报告表明, 不同大小的城市环境气溶胶中含有氨基酸, 其比率在0.5% 至2% 之间.此外, pm 蛋白的化学修饰被认为是由蛋白质与各种污染物 (如 o3、二氧化氮 (no 2) 和二氧化硫 (so2)4等的反应所产生的。
3-nt–蛋白质修饰–是由酪氨酸残基的硝化产生的。在伪大气空间 5 , 6 中, o 3 和 no2的浓度较高,促进了蛋白质分子的硝化。多肽链中酪氨酸残基的硝化增强了花粉蛋白的过敏性潜力7。因此, 对机载3-nt 的量化和评估是解决环境健康问题的一个重要方面。
3-nt 也被称为氧化和非硝化应激的生物标志物8。一个新出现的证据表明, 3-nt 含量与几种人类疾病有显著关联.由于其有害影响, 生物样本中3-nt 的检测和定量估计对确定个人健康状况具有重要意义。近年来, 采用了多种方法来估计3-nt 的含量, 包括酶联免疫吸附法、高效液相色谱法和 lcn/ms11 法。在前面的研究中, 我们报告了一种使用 hplc-ecd 技术的检测方法, 与以前的方法相比, 它具有多种优点。例如, hplc-ecd 不需要提取或衍生化程序, 这使得它成为一个相对简单的检测系统12。我们已经证实, 这种方法适用于检测生物样本 (人和大鼠的血浆) 中的3-nt。
虽然许多调查都强调在生物样本中检测 3-nt, 但在非生物样本中检测到的方法仍然遥遥无期, 因此本研究一直在进行中。事实上, 为了评估空气中的3-nt 的有害影响, 需要一种定量的方法, 有助于直接从空气中的颗粒检测 3-nt;因此, 我们应用现有的 hplc-ecd 方法从在玻璃纤维过滤器上采集的 pm2.5检测3-nt。通过使用该技术, 可以直接从 pm 收集过滤器中检测到样品的小块 (直径为6毫米的圆孔)。进一步评估了不同 pm 尺寸的3-nt 含量, 并测量了3-nt 的检出限。本文提出了一种高灵敏度、高通量的方法, 可以直接从非生物样品和生物样品中检测3-nt。
本文介绍了一种利用高灵敏度的 hplc-ecd 技术对石英滤清器上采集的机载 pm 中的3-nt 进行定量评价的方法。
一般情况下, 3-nt 测量方法已发展成为人类疾病氧化应激的生物标志物。基于抗体的方法 (例如, 酶联免疫吸附法) 被认为是半定量的, 因为没有严格的检测验证, 很难评估测试的可靠性。高效液相色谱法采用电化学检测 (ecd) 和质谱分析, 对 3-nt13的定量具有足够的灵敏度。虽然它们是敏感的质谱方法, 如 gc-ms 或 gc-msms 需要氨基酸的衍生, 而衍生化过程往往导致伪影14的形成.
与气相色谱和 lc 技术相比, hplc-ecd 的成本相对较低, 对测量3-nt 有足够的敏感性. 此外, gc-ms 和 lc-ms 的衍生步骤通常需要更多的时间。虽然这里介绍的方法需要16个小时的蛋白质消化步骤, 但它可以进行一夜之间 (如上所述, 每个样本大约需要30分钟的动手时间)。使用自动采样器进行自动重复测量可以提供高通量测量系统。此前的研究报告了在下午2,7中测量3-nt 的免疫学方法;然而, 由于下午1 5日的3-nt 含量较低, 这种方法在冬季无法检测到3-nt。
与其他标准方法相比, hplc-ecd 方法具有额外的优势;例如, (i) 这种方法不需要提取工艺, (二) 它完全不含洗涤剂, (三) 它的样品要求很小, 重要的是, 它具有较高的灵敏度。收集到过滤器上的粒子经常用声纳分离, 以便进一步研究, 包括对各种成分进行量化。洗涤剂还可用于从过滤器中分离出 pm 结合蛋白。然而, 这些额外的步骤增加了污染的风险, 样品损失, 并低估了由于提取效率, 而且, 大多数洗涤剂是不兼容的 lc/ms。在目前的 hplc-ecd 方法中, 采用简单的空心冲床, 无需额外的样品制备工艺, 即可轻松地将高效液相色谱样品从滤清器中分离出来。圆形样品的面积为28.3 毫米2, 与原来的石英过滤器的尺寸相比非常小 (8 x 10 英寸 = 203.2 x 254毫米 =56, 600 毫米 2)。
如前所述, 已仔细审查了 hplc-ecd 条件, 以避免干扰3-nt 信号。流动相的强酸性 ph 值和适当浓度的乙腈对检测非常重要。利用这些条件, 其他化合物, 包括硝基碱, 可以从硝基化合物中分离出来。目前的情况适用于从具有不同物理性质 (如颗粒物和等离子体) 的样品中检测3-nt。
为了评估空气中的 3-nt, 测量过滤器重量和消除背景是关键的步骤。一般来说, 大约100毫克的 pm7是在四到七天的时间内收集的;但是, 在 pm7收集前后, 有几个因素会影响滤清器的重量, 包括湿度和静电电荷。为了避免这些影响, 在等远等温度和湿度下, 滤清器重量需要长时间稳定。安装电子天平的地点应保持在稳定的环境中。对于样品制备, 纠正非特异性蛋白酶鸡尾酒和超滤膜的背景效应非常重要, 因为超滤膜通常显示出与3-nt 相似的峰值。
该方法可应用于其他颗粒, 包括室内环境中的颗粒。蛋白质的硝化可能会增加它们的过敏性潜力2。因此, 该方法有助于评价环境清洁度, 防止硝化应激。
在本研究中, 我们报告了一种高度敏感的测量方法大气3-nt 空气采样器过滤器易于操作和廉价的仪器。在大气中产生3-nt 与影响人类过敏性的环境污染物 (如 o3、no2、pm 蛋白和气象元素) 有关。总之, 本研究开发的方法可能有助于评估 o3、各种污染物和 pm 蛋白在各种气象条件下的大气反应。通过开发 hplc-ecd 来估计大气中的 3-硝基酪氨酸, 我们期望更好的环境清洁, 改善人类健康。
The authors have nothing to disclose.
作者感谢美国环境保护署的 masayuki kubo 在 tspypm2.5采样方面提供的帮助。这项工作得到了 jsps kakenhi 赠款号码 JP16K15373 和 JP18H03039 的部分支持。
Quartz filter, backup quartz filter | PALL life sciences | 7204 | Tissuquatrz 2500QAT-UP, 8x10in |
High-volume air sampler | SIBATA SCIENTIFIC TECHNOLOGY | HV-1000F | |
Particle size selector for SPM | SIBATA SCIENTIFIC TECHNOLOGY | 080130-061 | SPM (suspended particulate matters) is defined in Japan that particles with 10 um of 100% cut-off diameter. SPM is almost identical to PM7. |
Low-volume air sampler | SIBATA SCIENTIFIC TECHNOLOGY | AH-600F | |
Size classification unit for PM2.5 | SIBATA SCIENTIFIC TECHNOLOGY | AH-600 | |
Quartz filters for classification (PM4.5–2.5, PM7.3–4.5, PM15–7.3, and TSP-PM15) | Tokyo Dylec | AHQ-630 | |
Non-specific protease cocktail | Roche | 11459643001 | Pronase from Streptomyces griseus |
3-Nitrotyrosine | SIGMA | N7389 | |
Ultrafiltration membranes | Millipore | UFC5010BK | AMICON ULTRA 0.5 mL – 10kDa cutoff |
ECD | Eicom | HTEC-500, PEC-510 | standalone HPLC-ECD unit (HTEC-510) and Pre-electrolysis cell (PEC-510), includes pump |
HPLC column | Eicom | SC-5ODS | |
Data processor | Eicom | EPC-300 | |
Injector | Hitachi High-Tech Science | L-7200 | Auto sampler |
Analyzing software | eDAQ Japan | ES280 | PowerChrom software |