[发明专利]一种糖结构鉴定方法及糖结构鉴定装置

说明书

本发明公开了一种糖结构鉴定方法及糖结构鉴定装置，所述糖结构鉴定方法包括：步骤一：利用多级质谱信息进行待测糖结构谱峰对应的子结构预测，所述子结构作为对应谱峰的候选子结构；以及步骤二：利用De Novo糖结构鉴定技术，根据质谱谱峰对应的候选子结构组装出完整的糖结构。本发明基于糖结构多级质谱数据，采用De Novo糖结构鉴定技术，实现糖结构的鉴定，实现了多级质谱De Novo糖结构鉴定算法，通过有效的利用多级质谱信息，不仅显著提高了De Novo过程中枚举糖结构片段的效率，而且明显缩小了糖候选结构集合。

技术领域

本发明涉及生物信息领域，尤其涉及一种糖结构鉴定方法及糖结构鉴定装置。

背景技术

糖类化合物是生命活动中起重要功能的生物大分子，其以多种结构构型存在于细胞中，在细胞周期调控、凋亡衰老、细胞表面的相互作用等生命过程起到了不可替代的作用。

糖类化合物通过由多个单糖通过糖苷键连接而成，并呈现树形分支结构，因此，糖类化合物的鉴定主要包含糖类组成分子、单糖连接顺序以及分支位点等信息的鉴定。图1a及图1b为单糖对应的环形结构以及糖结构中糖苷键的表示方式。图2a至图2d表示N-linked糖GlcNAc2Man9结构的多种表示方式，其中根节点位于结构的最右端，即N端，子节点向左逐步延伸，形成C端，其中每个节点代表一个单糖，每条边代表两个单糖连接的糖苷键。由于一个单糖可以通过糖苷键与其他一个或者多个单糖连接形成分支结构，导致了糖类化合物结构构型的多样性。

目前基于质谱的糖类化合物鉴定策略大部分基于一级质谱和二级质谱数据。一级质谱只能得到糖化合物母离子的质量，而无法得到糖化合物结构的单糖组成、单糖间的连接位点以及结构信息。二级质谱是将糖在质谱仪中进一步打碎进行子结构信息分析，目前主要包含以下几种策略：

1)结构库搜索策略

在糖结构库中找出母离子质量与待鉴定质谱母离子质量相近的糖结构，然后预测这些糖结构的理论谱，将预测的理论谱与待鉴定质谱一一比较，返回相似度最高的理论谱对应的糖结构作为待鉴定质谱对应的糖结构。

优势：根据结构库限定了可能的糖结构的候选范围，从而降低了鉴定难度。

不足：a).结构库搜索依赖于库中结构的理论质谱的预测，而目前对于糖结构质谱形成机制认识仍然有局限，导致理论质谱预测精度不高，在一定程度上影响了鉴定结果的准确性。b).结构库搜索局限于库中的糖结构，如果待鉴定质谱对应的糖结构不在库中，则无法得到正确的鉴定结果。

2)De Novo结构鉴定策略

与结构库搜索策略不同，De Novo策略不依赖于已知的糖结构库，而是直接通过对质谱数据的分析，利用谱图中谱峰间的m/z差值，推断可能的糖结构。

优势：相对于结构库搜索而言，De Novo策略能够发现结构库中不存在的糖结构。

缺陷：a).De Novo策略鉴定的准确度严重依赖于质谱数据的质量。在高质量的质谱数据中，每个糖苷键都会有相应的离子峰出现；而在低质量的质谱中，部分离子峰的缺失，导致De Novo策略无法得出准确的鉴定结果。b).De Novo需要枚举所有可能的糖结构，因此效率比较低，鉴定规模比较有限。

3)谱库搜索策略

谱库搜索策略将已知糖结构的二级质谱以“结构-质谱”对的形式保存在数据库中，然后用待鉴定质谱与数据库中的真实谱进行比较，返回相似度最高的质谱对应的糖结构作为鉴定结果。

优势：相比较糖结构库搜索策略，谱库搜索策略使用已知的真实谱，而不是预测出的理论谱进行比较，从而使得鉴定结果的可信度比较高。

缺陷：谱库搜索策略仅适用于已鉴定过的糖结构，对于未鉴定过的质谱则无法确定其对应的结构。