近日，中国科学院成都生物研究所周燕团队在蛋白质超高灵敏定量分析方面取得重要进展。团队开发了一种名为CMLA-MS（CRISPR/Cas12a-mediated liposomal amplification coupled with electrospray ionization mass spectrometry）的超微量蛋白质生物标志物检测技术，成功实现了对蛋白生物标志物——心肌肌钙蛋白I（cTnI）的超高灵敏电喷雾质谱（ESI-MS）检测。

电喷雾电离质谱（ESI-MS）因其高特异性、极低的样品消耗和快速检测能力，被广泛应用于生物标志物检测中。然而，由于蛋白质等生物大分子在ESI条件下的电离效率极其低下且易受基质干扰，直接通过ESI-MS对临床样本中低丰度疾病标志蛋白进行定量分析几乎不可能实现。

周燕研究员团队创新性地提出了一种“双重级联信号放大”策略，通过整合CRISPR/Cas12a系统的酶学放大能力与脂质体的标签分子负载放大能力，将对蛋白质生物标志物的检测转化为对高电离效率的小分子报告标签（如结晶紫，CV等）的定量分析。

该技术的工作原理如下：首先，利用cTnI特异性适配体构建“锁定-激活”探针。当目标蛋白cTnI存在时，触发激活链的释放，进而激活Cas12a核酸酶的反式切割活性（第一重酶学放大）。随后，被激活的Cas12a切割连接在磁珠上的单链DNA（ssDNA）连接子，导致锚定在磁珠表面的信号脂质体脱落。这些脂质体纳米容器内部预装载了数以万计的质谱报告标签（CV），在电喷雾溶剂的作用下，脂质体破裂并瞬间释放出大量报告分子，从而实现信号的放大（第二重物理放大）。

图1. 本研究工作的流程示意图

研究结果表明，CMLA-MS技术表现出优异的分析性能。在无核酸预扩增的情况下，对cTnI的检测限（LOD）低至10.8 fg/mL，线性范围覆盖0.1 pg/mL至100 ng/mL。此外，该方法在复杂的临床血清样本分析中展现出良好的抗干扰能力和准确性，加标回收率在90.3%-101.6%。该研究首次报道了将CRISPR/Cas12a激活与脂质体质量标签释放相结合用于ESI-MS蛋白标志物定量分析。该方法具备超高灵敏度、高特异性以及与潜在高通量分析兼容的特点，为急性心肌梗死（AMI）的早期诊断及未来多种临床生物标志物的高灵敏检测提供了有力的技术工具。

上述研究成果以“Ultrasensitive Detection of Cardiac Troponin I via CRISPR/Cas12a-Mediated Liposomal Amplification Coupled with Electrospray Ionization Mass Spectrometry”为题发表在分析化学领域一区TOP期刊Analytical Chemistry上。中国科学院成都生物研究所博士研究生陈香为论文第一作者，夏兵青年研究员和周燕研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（编号：22504139）和四川省科技计划项目（编号：2024ZYD0173）的资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.5c05804