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为解决传统多糖分析需化学 / 酶解致结构信息丢失、方法通用性差的问题，研究人员开展 MALDI-ISD-FTICR MS 分析完整多糖的研究。结果表明该技术可获单糖组成、修饰等信息，精准测定果胶甲氧基化度，为多糖结构解析提供新工具。
多糖作为广泛存在于动植物和微生物中的复杂大分子，在生命活动和工业应用中扮演关键角色。从植物细胞壁的纤维素支撑结构，到医疗领域抗凝血的低分子肝素，再到食品工业中增稠的果胶，其结构多样性决定了功能的千差万别。然而，传统的多糖结构分析方法，如尺寸排阻色谱（SEC）、核磁共振（NMR）等，往往需要结合化学或酶解预处理，这不仅会导致聚合物整体结构信息（如分子量分布、修饰位点）的丢失，且需针对特定多糖设计分析流程，通用性不足。因此，开发一种无需降解、可直接分析完整多糖或大片段的通用型质谱方法，成为领域内亟待突破的关键问题。
荷兰相关研究机构的研究人员针对这一挑战，开展了基质辅助激光解吸电离 - 源内碎裂 - 傅里叶变换离子回旋共振质谱（MALDI-ISD-FTICR MS）技术在多糖结构表征中的应用研究。该团队通过优化实验参数，系统分析了多种来源（微生物、植物、动物）、不同类型（同多糖、杂多糖）及修饰（硫酸化、甲氧基化、酰胺化）的多糖，证明了 MALDI-ISD-FTICR MS 在多糖结构解析中的高效性与普适性。研究成果发表于《Carbohydrate Polymers》，为多糖的快速分析提供了新范式。
研究采用的关键技术方法包括：
- MALDI-ISD-FTICR MS 分析：使用 15 T solariX XR FTICR 质谱仪，结合 Combi-Source 离子源和 ParaCell 池，通过智能光束 II 激光系统在正负离子模式下采集宽质量范围（153-8000 m/z）的高分辨率质谱数据，利用源内碎裂（ISD）产生特征片段离子。
- 串联质谱（MS2）验证：对 ISD 片段离子进行碰撞诱导解离（CID），通过四极杆选择前驱离子（隔离窗口 m/z 5），在正负离子模式下进一步解析碎片结构。
- 数据处理与甲氧基化度（DM）计算：利用 DataAnalysis 软件进行质谱图可视化和内标校准，通过理论碎片离子质量匹配（误差 < 1-2 ppm）解析结构，并结合 NMR 方法对比测定果胶的 DM 值。
研究结果
1. 同多糖的结构解析
- 葡萄糖基同多糖：麦芽糖糊精和葡聚糖在正离子模式下产生含钠离子的碎片离子梯，相邻峰质量差约 162.0528 Da（六糖单元）。葡聚糖因具有 α(1→6) 和 α(1→3) 分支，其交叉环碎片（如?,2X 或?,?A）强度高于直链的麦芽糖糊精，印证了连接方式差异。
- 酸性同多糖：结肠酸（含 N - 乙酰神经氨酸）和聚半乳糖醛酸在负离子模式下显示特征碎片梯，前者伴随脱羧和脱水碎片，后者因可能的纤维素污染出现六糖交叉环碎片。
2. 杂多糖的结构特征
- 透明质酸与低分子量肝素（LMWH）：在负离子模式下，透明质酸（含 N - 乙酰葡糖胺和葡糖醛酸交替单元）和 LMWH（含葡糖胺、葡糖醛酸及硫酸化修饰）呈现奇偶聚合度（DP）交替峰型。LMWH 的碎片离子中观察到含硫酸基团的梯子，证实了修饰位点。
- 串联质谱验证：对 LMWH 的 m/z 932.2310 碎片进行 CID，产生含 / 不含硫酸基团的 Y/C 和 B/Z 离子，未观察到交叉环碎片，推测硫酸化抑制了该类碎裂。
3. 果胶类多糖的甲氧基化分析
- 不同修饰果胶的区分：高甲氧基（HM）、低甲氧基（LM）、低甲氧基酰胺化（LMA）果胶及柑橘皮果胶在负离子模式下，DP7 碎片的 Y/C 和 B/Z 离子簇因甲氧基数量差异呈现特征分布。通过碎片离子质量计算 DM 值，HM 果胶 DM 为 75%，LM 为 35%，LMA 为 50%。
- 方法重复性：一个月内三次重复测量显示果胶 DM 值稳定，证实了 MALDI-ISD-FTICR MS 的中间精密度。与 NMR 结果相比，MS 测得的 DM 值普遍偏高，可能与电离偏向或甲氧基化区域优先碎裂有关。
4. 方法适用性与局限
- 难溶性多糖分析：成功解析甲壳素（含 β(1→4)-N - 乙酰葡糖胺），但纤维素分析未获有效信号，提示疏水性多糖需进一步方法优化。
- 仪器平台拓展：FTICR 的高分辨率和质量精度是准确解析碎片组成的关键，但理论上 MALDI-TOF、四极杆 - TOF 等平台亦可应用，需针对离子源压力、冷却效率等参数优化。
结论与讨论
本研究建立的 MALDI-ISD-FTICR MS 技术为多糖结构表征提供了快速、通用的解决方案。其核心优势包括：
- 无需降解预处理：直接分析完整多糖或大片段，保留聚合物整体结构信息，避免传统水解法的局限性。
- 多维度结构解析：通过 ISD 碎片离子可同时获取单糖组成、连接方式、修饰类型（如硫酸化、甲氧基化）及分支特征，结合 MS2 进一步确认碎片结构。
- 高通量与重复性：简单的样品制备（干滴法）和稳定的仪器性能，适用于不同来源、修饰多糖的批量分析，尤其在果胶等结构相近多糖的差异鉴别中表现优异。
尽管与 NMR 相比，DM 测定存在偏差，但该方法在工业质量控制（如多糖批次差异评估）、结构 - 功能关系研究中具有显著潜力。未来研究可进一步拓展至其他质谱平台，优化疏水性多糖分析条件，并通过模型化合物验证修饰对碎裂行为的影响。总体而言，MALDI-ISD-FTICR MS 有望成为多糖分析的核心技术，推动糖生物学、药物开发及食品工业等领域的发展。
