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【分析】串联质谱成像实现对组织中脂质的高确定性分布研究

时间：2023-01-09 来源： 浏览：

【分析】串联质谱成像实现对组织中脂质的高确定性分布研究

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组织中脂质的质谱成像，是生物医学领域发展分子病理和空间组学的重要技术手段，通过提供大量生物分子的空间分布信息，支撑生理过程基础研究以及疾病标志物的发现与筛查。实现高质量的组学成像，目前还存在较大挑战，其中一个主要问题是高确定性的组学分析依赖串联质谱分析来确定具有复杂精细结构的脂质分子，而组织切片成像时单个位点的样品量少，无法支撑多种脂类分子的串联质谱分析。
近日， 清华大学 精密仪器系 欧阳证 教授、 张文鹏 助理教授合作发展了一种 多目标串联质谱成像（M S 2 I）方法， 并与 北京清华长庚医院王韫芳 研究员、 董家鸿 院士合作， 应用于肝癌组织的空间脂质组学分析。 这项技术采用双线性离子阱分析器构架，利用离子存储、选择性离子传输及串联质谱分析等，实现了单个生物组织切片位点上大量脂质分子的结构解析，显著提升了生物组织中脂质成像的确定性，为脂质组学成像树立了新范式。

图1. （a）串联质谱成像系统示意图；（b）鼠脑切片中10种脂质分子的串联质谱成像图。
通过构建大气压基质辅助激光解吸电离源（AP-MALDI）与双线性离子阱质谱系统，采用先扩束再聚焦的方式实现高分辨的聚焦光斑，获得了10 μm脂质成像空间分辨率。通过单次成像扫描-多目标分子M S 2 I方法，解决了传统质谱成像方法在一次扫描过程中仅能对1个目标分子进行M S 2 I分析的难题。以鼠脑为例，该系统可对组织单位点单次采样，选择10个m/z数值对20种脂类离子进行串联质谱成像。同时，还将串联质谱成像方法与片上光化学衍生化方法相结合，实现了多目标脂质分子的C=C 双键位置异构体的成像分析，为生物医学研究提供前所未有的脂质精细结构信息。

图2.（a）基质喷涂和原位光化学衍生与串联质谱系统结合用于脂质C=C异构体的成像分析；鼠脑切片中（b）脂质前体离子、（c）脂质亚类分子及（d）脂质C=C异构体的质谱成像图
研究团队将这一串联质谱成像系统应用于肝细胞肝癌组织的空间脂质组学分析，通过对7类磷脂中20种磷脂 C=C位置异构体的精细结构质谱成像，揭示了甘油磷脂中 n -7、 n -9、 n -10异构体肝脏癌变区域及癌旁区域的显著性差异。采用统计方法对交叠区域进行了分析，结果显示C=C双键位置异构体的可视化分析能更好的对癌症和癌旁边界进行鉴定。

图3.（a-e）肝细胞肝癌组织切片的H&E染色图及脂质C=C异构体成像图；（f）癌变区域及癌旁区域的C=C异构体相对丰度差异；（g-l）癌变及癌旁交界区域的位点的可视化鉴定；（m-p）癌变区域及癌旁区域的t-SNE分析结果
在该工作中，研究团队提出了高效的多目标串联质谱成像方法，可在单个生物组织位点对多个脂质分子进行结构分析，实现了高确定性的脂质分布成像，为相关的生物医学研究提供了有力的空间脂质组学工具。
相关工作近期发表在 Angewandte Chemie International Edition 上。本文第一作者为清华大学精仪系博士研究生 郭翔宇 ，通讯作者为精仪系 欧阳证 教授、 张文鹏 助理教授及北京清华长庚医院 王韫芳 研究员。本工作获得国家自然科学基金委项目资助。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Tandem Mass Spectrometry Imaging Enables High Definition for Mapping Lipids in Tissues
Xiangyu Guo, Wenbo Cao, Xiaomin Fan, Zhiying Guo, Donghui Zhang, Haoyue Zhang, Xiaoxiao Ma, Jiahong Dong, Yunfang Wang, Wenpeng Zhang, Zheng Ouyang
Angew. Chem. Int. Ed ., 2022 , DOI: 10.1002/anie.202214804
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