应用实例 · 质谱成像

代谢物空间分布:让每个坐标点带上一组分子信号

代谢物是生命活动最直接的化学读数。代谢物空间分布,指这些小分子在组织切片上随坐标位置不同而呈现的分布格局。质谱成像(MSI)逐点采集质谱,使每个像素都带上一组代谢物信号,从而把「分布」真正画成图。
本文目录
一、为什么「空间」对代谢物如此重要二、典型场景与案例三、技术关键:灵敏度、极性与免基质四、与多组学整合和工程落地
技术原理示意:离子源对样品逐点电离 组织切片 样品 电离束 代谢物空间分布:让每个坐标点带上一组分子信号 离子 质谱 分析器
代谢物空间分布:让每个坐标点带上一组分子信号 示意图

一、为什么「空间」对代谢物如此重要

很多生物学问题本质是空间问题:为什么叶缘和叶基的代谢物不同?为什么瘤区与癌旁代谢谱不同?为什么神经元与胶质区代谢不同?传统代谢组学把组织匀浆,抹平了这些差异。代谢物空间分布用 MSI 保留结构,直接呈现异质性,使研究者能追问「分布差异背后的机制」。

新策源 MSI DPI 应用说明把「代谢组学:代谢物的空间分布变化」列为首要应用领域,并通过光化学二次电离把正负离子模式下可检出的脂质、萜类、黄酮类、氨基酸和苷类等拓展百余种,整体信号增强 1–3 个数量级。

二、典型场景与案例

DPI 公开案例中,小鼠脑切片成像展示了神经递质(GABA、肌酸、谷氨酰胺、谷氨酸、腺苷)与多种中性 GalCer 脂的同时成像;植物方面,鼠尾草、银杏、茶叶、番茄、烟草、花瓣等样本均呈现丰富的代谢物空间分布,例如茶叶中茶氨酸信号提升 14.5 倍、咖啡因 61 倍,叶脉与叶片区域差异显著。

这些案例共同说明:代谢物空间分布既能刻画器官内代谢分区,也能揭示植物不同微观结构的化学异质性,还可用于污染物(如番茄中 CBZ 在叶缘富集,浓度为内部区域 2.3 倍)的空间特异性毒性研究(Environ. Sci. Technol., 2024)。

三、技术关键:灵敏度、极性与免基质

代谢物空间分布的成败很大程度取决于能否「看得全、看得清」。新策源 MSI DPI 无极性歧视,覆盖极性/弱极性/非极性有机物;离子抑制低,复杂样品直接上机;免基质避免低质量区被基质峰盖住。MSI LDPI 则进一步把可探测最小质荷比压到 70(m/z),专攻小分子低质量区的干净谱图。

数据解读层面,代谢物空间分布常配合主成分分析、空间聚类、箱线图与 t 检验等统计,识别差异区域与差异代谢物,并与转录组、代谢通路整合。

四、与多组学整合和工程落地

单一代谢物图不足以解释机制,常与空间脂质组、空间蛋白质组、转录组联合,形成多组学整合成像。新策源两款成像源成像后切片保持完整,可继续开展 H&E 或免疫组化,为多组学留出操作空间。

工程上,DPI 适配 Agilent / AB SCIEX / Thermo 主流质谱主机,分辨率 20–200 μm 可调;LDPI 提供 2–3 μm 免标记常压成像。两者按分辨率与极性覆盖互补,支撑从器官尺度到单细胞尺度的代谢物空间研究。

常见问题(FAQ)

代谢物空间分布和普通代谢组学区别在哪?
普通代谢组学匀浆测平均成分,丢失空间信息;代谢物空间分布用 MSI 在切片上原位呈现,保留组织结构,能回答分布差异问题。
DPI 在代谢物检出上有什么优势?
DPI 无极性歧视、离子抑制低、免基质,正负离子模式可新检出百余种次生代谢物,整体信号增强 1–3 个数量级,覆盖宽极性范围。
茶叶里信号提升的数据如何解读?
茶氨酸 14.5 倍、咖啡因 61 倍,是光电离对特定代谢物灵敏度的增强,不表示真实浓度变化了这么多。
代谢物空间分布如何与多组学整合?
常与空间脂质组、蛋白质组、转录组联合,并把 MSI 切片与 H&E/免疫组化配准,形成「成分—基因—表型」闭环。

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