质谱成像（MSI，Mass Spectrometry Imaging）
一、定义与技术定位
质谱成像（Mass Spectrometry Imaging，MSI）是在不破坏样品空间位置信息的前提下，对样品表面按预设栅格逐点采集质谱图，并将特定质荷比（m/z）离子的信号强度映射为二维或三维伪彩图像的技术。其核心特征是「同时获得分子身份与空间坐标」，使研究者能够在组织原位上观察数百至数千种分子的分布差异。
与免疫组化（IHC）、免疫荧光等需要预先选定靶标并施加标记的方法不同，MSI 属于「发现型」技术：无需先验假设即可同时呈现多种分子的原位分布，特别适合未知标志物筛选、代谢异质性研究和药物空间分布追踪。也正因如此，它在空间组学体系中常与转录组、蛋白质组形成互补。
二、基本工作流程
完整的质谱成像流程通常包括四个环节。样品制备：多为冷冻或石蜡包埋组织切片，贴附于导电载玻片；MALDI 路线需额外喷涂基质，DESI/LDPI 等常压免基质路线则可省去该步骤。栅格扫描电离：成像离子源按设定的步距（像素间距）逐点解吸/电离样品表面，步距直接决定空间分辨率。质量分析：每次电离产生的离子进入质量分析器（常用 TOF、Orbitrap、Q-TOF），获得该像素的全质谱。图像重构：软件将选定 m/z 处的强度按坐标着色，生成离子图像，并可叠加多张图像进行共定位分析。
上述环节中，「电离」与「成像」的耦合是 MSI 区别于常规质谱的关键——常规质谱关心的是「这份样品里有什么」，而 MSI 关心的是「这份样品的每个位置分别有什么、各有多少」。因此成像离子源（而非通用离子源）才是 MSI 的硬件核心。具体离子源路线对分辨率、前处理与适用分子影响显著，详见下方对比。
三、主流成像离子源对比
目前科研与临床最常用的三大成像离子源为 MALDI、DESI 与 SIMS，它们在电离环境、是否需要基质、分辨率量级与擅长分子上差异明显。MALDI 多在真空下工作、需要基质喷涂，分辨率通常处于数十微米量级，擅长蛋白、多肽、脂质与糖类；DESI 为常压敞开式、无需基质，分辨率多为数十至数百微米，擅长代谢物、脂质与药物分布；SIMS 在真空下以初级离子轰击样品，分辨率可达亚微米至纳米级，但属硬电离、碎片多，更擅长元素、小分子与碎片分布。
除三大主流外，还有 LDPI、DPI、AP-SMALDI、nano-DESI、LAESI、AFADESI 等衍生或改进路线，分别在不同维度上优化免基质、常压、灵敏度或通量。选择哪条路线，本质上是在「分辨率、前处理复杂度、分子覆盖度、是否需真空」之间做权衡。
| 离子源 | 电离环境 | 是否需基质 | 典型分辨率量级 | 擅长分子 |
|---|---|---|---|---|
| MALDI | 真空（亦有常压型） | 需要 | 数十微米 | 蛋白、多肽、脂质、糖类 |
| DESI | 常压敞开式 | 不需要 | 数十至数百微米 | 小分子、脂质、代谢物、药物 |
| SIMS / TOF-SIMS | 高真空 | 不需要 | 亚微米至纳米级 | 元素、小分子、脂质（碎片） |
| LDPI（新策源） | 常压 | 不需要（免基质） | 2–3 μm | 代谢物、药物、脂质（小分子低背景） |
四、关键特征与局限
MSI 的优势集中在四点：无标记（Label-free），多数路线不依赖特异性抗体或荧光探针，减少批次间偏差；多分子并行，单次实验可覆盖脂质、代谢物、多肽、药物及其代谢产物等多类分子；空间分辨率跨度大，从 SIMS 的纳米级到 DESI 的百微米级，适配不同尺度问题；可直接对接空间组学，与转录组、蛋白质组数据整合。
其局限同样明确：绝对定量受基质效应、电离效率差异影响，目前多以半定量或相对分布为主，真正定量仍需内标与校正方法；MALDI 等需基质路线在低质量区（m/z<500）存在基质峰干扰，影响小分子药物与代谢物检测；真空路线对样品制备与系统要求较高。这些都是选型与实验设计时必须正视的约束。
五、典型应用场景
空间代谢组学是 MSI 增长最快的方向之一，用于绘制代谢物在组织中的原位分布；药物分布与代谢研究追踪候选药及其代谢物在器官、肿瘤内的空间分布，是药代动力学组织层级分析的有力工具；肿瘤边界与异质性分析以分子图谱辅助识别癌旁与癌组织差异，为精准切除与分型提供线索；病理与诊断则作为传统病理形态学的分子层面补充。
在科研之外，MSI 正逐步向临床病理、法医物证、中药材显微定位、环境微塑料分布、微生物菌落代谢等方向拓展。随着国产成像源（如新策源 LDPI/DPI）在免基质、常压、单细胞分辨率上的突破，MSI 的普及门槛正在下降。
常见问题（FAQ）
- 质谱成像和免疫组化（IHC）有什么区别？
- IHC 需预先选定靶标并施加抗体/荧光标记，只能看已知分子；MSI 无需标记，可同时呈现数百至数千种分子的原位分布，属于发现型技术，但定量精度通常弱于 IHC。
- 质谱成像能定量吗？
- 可做半定量与相对分布分析；绝对定量受基质效应与电离效率差异影响，需要内标、校正曲线与严格方法学验证。
- 做质谱成像一定要用 MALDI 吗？
- 不一定要。MALDI、DESI、SIMS 及 LDPI/DPI 等均可，选择取决于分辨率、是否需基质、分子类型与是否需真空。
- 单细胞水平的质谱成像目前能做到吗？
- 可以。SIMS 可达纳米级，新策源 LDPI 空间分辨率 2–3 μm，已进入单细胞/亚细胞尺度，用于肿瘤微环境、海马分区等研究。
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