分享一篇发表在Analytical Chemistry上的文章，题目是“Optimized MALDI2-Mass Spectrometry Imaging for Stable Isotope Tracing of Tissue-Specific Metabolic Pathways in Mice”，通讯作者是来自香港浸会大学的王佳宁助理教授和蔡宗苇教授，前者的研究方向为质谱成像，后者为蛋白质组学。
传统的非靶向或靶向代谢组学分析方法可以揭示代谢物丰度的整体变化，但无法捕捉代谢物在代谢途径内的动态活动。将代谢组学与稳定同位素示踪技术相结合可以克服这个问题，例如，13C同位素示踪被广泛用于追踪葡萄糖和其他营养物质中碳的命运，但传统的匀浆分析方式缺乏代谢物的原位空间信息。基质辅助激光解吸电离-质谱成像 （matrix-assisted laser desorption ionization-mass spectrometry imaging, MALDI-MSI）可以对组织切片中的多种代谢物进行质谱分析和成像，且无需标记，分辨率一直是质谱成像需要面对和改进的问题，而MALDI2技术利用二次激光诱导电离提高了成像的灵敏度和代谢物覆盖率，因此，在这篇文章中，作者通过优化基质选择、沉积条件和采集条件来提高MALDI2-MSI中代谢物成像技术的覆盖率和灵敏度，并结合MALDI2技术和13C稳定同位素示踪技术，追踪了小鼠肾脏、大脑和原发性乳腺癌组织中相关代谢途径衍生的特定底物的动态空间代谢归宿。
作者首先对MALDI成像中使用的基质以及基质沉积的条件进行了对比和优化，作者优化了基质沉积的条件，使晶体分布更均匀，粒径更小，并最终选择NEDC作为MALDI和MALDI2成像的基质，并且验证了无论是在正离子还是负离子模式下，MALDI2成像都具有更高的信号强度和代谢物覆盖率，随后作者使用NEDC辅助的MALDI2-MSI生成了代谢图，详细说明了小鼠肾切片中几种代谢途径的分布。
接下来，作者为了揭示代谢物的时空分布，将13C6-葡萄糖口服到小鼠体内，并在不同时间点进行解剖和质谱成像，作者选择给药后30分钟进行13C代谢的质谱成像，在糖酵解途径中，13C-葡萄糖主要会被代谢成对应M+3或M+6的中间代谢物，而TCA循环中则会被代谢成对应M+2的中间代谢物。作者通过成像发现，糖酵解在肾髓质中活跃，而TCA循环在外皮层和髓质中活跃，表明肾脏中有着区域特异性的葡萄糖代谢。
随后，作者对小鼠的大脑进行了同位素示踪成像，在13C6-葡萄糖示踪30分钟后，小鼠脑切片中成功观察到6种13C标记的代谢物：富马酸、苹果酸、Asp、Glu、Gln和UDP-葡萄糖，代表TCA循环和糖原合成途径的活跃。最后，作者对乳腺癌荷瘤小鼠进行13C6-葡萄糖示踪成像，并在肿瘤外围的活性区域发现了M+6 F-1,6-P和M+3乳酸的信号富集，证实了Warburg效应。作者还发现未标记的柠檬酸（M+0）分布在坏死区域，而标记的柠檬酸（M+2） 分布在在活性区域。总之，作者将 13C6-葡萄糖标记与优化的NEDC辅助的MALDI2-MSI技术结合，对小鼠肾脏、大脑以及乳腺癌模型中的代谢流进行了成像，为代谢物区域特异性的动态调控提供了新的见解。
本文作者：ZCL
责任编辑：WYQ
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.4c04600
原文引用：10.1021/acs.analchem.4c04600
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