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 研究背景

脂質(zhì)在生物體內(nèi)扮演著至關重要的角色，許多疾病，如癌癥的發(fā)生和發(fā)展，與脂質(zhì)代謝密切相關，脂質(zhì)空間成像在臨床醫(yī)學研究中也具有重要意義。脂質(zhì)種類繁多、結構復雜且異構體豐富，研究表明，不同類型的異構體（例如不飽和脂質(zhì)中C=C雙鍵的位置異構），其生理功能也存在顯著差異。

目前，脂質(zhì)精細結構及異構體的表征分析仍面臨挑戰(zhàn)。盡管已有多種質(zhì)譜技術被報道用于脂質(zhì)異構體表征，如臭氧誘導解離（OzID）、紫外光解離（UVPD）、電子誘導解離（EID）以及離子淌度等，但在質(zhì)譜成像（MSI）分析中，對于區(qū)分脂質(zhì)異構體方面仍存在局限性，脂質(zhì)異構體分布信息的缺失將影響相關代謝信息的準確性。進行脂質(zhì)精細結構解析和體內(nèi)可視化研究，對于探究脂質(zhì)生物標志物及疾病的發(fā)病機制等研究是十分重要且有意義的。

本研究采用了一種新的策略，將自由基誘導解離（OAD）（1-3）技術與質(zhì)譜成像相結合，成功實現(xiàn)生物組織中脂質(zhì)C=C位置異構體的精準可視化，為脂質(zhì)組學研究拓展了新的研究思路。

OAD特色技術

島津創(chuàng)新開發(fā)的自由基誘導解離（OAD）技術有效克服了傳統(tǒng)碰撞誘導解離（CID）技術在區(qū)分C=C雙鍵位置方面的局限性，為分子結構解析提供更為詳盡的信息。如需了解更多關于OAD技術的信息，請點擊wechat_redirect" _ style="color: rgb(70, 120, 134); font-size: 10.5pt; font-family: 等線;">往期推送。

解決方案

新一代島津成像質(zhì)譜顯微鏡iMScope QT可以配置自由基誘導解離源（OAD），集成質(zhì)譜成像和自由基誘導解離的技術優(yōu)勢，實現(xiàn)不飽和脂質(zhì)異構體的原位可視化分析。本研究對小鼠小腦切片中的不飽和脂質(zhì)進行正/負離子模式下OAD-MS/MS分析，揭示脂質(zhì)C=C位置異構體的可視化及分布差異，為理解和研究脂質(zhì)在生物體內(nèi)的結構和功能提供重要參考。

實驗方法

◆ 樣本處理：取小鼠小腦切片，用50 mM甲酸銨溶液(4)洗滌，使用基質(zhì)升華儀iMLayer進行基質(zhì)涂覆（DHB，2,5-二羥基苯甲酸），膜厚度1.2 μm。

◆ 實驗儀器：島津成像質(zhì)譜顯微鏡iMScope QT

圖1 質(zhì)譜成像工作流程

實驗結果

正離子模式分析（以磷脂酰膽堿PC 34:1為例）

脂質(zhì)及其異構體可視化及分布差異：磷脂酰膽堿PC 34:1由兩條脂肪酸鏈組成，總共含有34個碳原子和一個雙鍵，具有抗炎、神經(jīng)功能調(diào)節(jié)和代謝調(diào)節(jié)等功能。由于雙鍵的位置以及碳原子在兩條鏈中的分布不同，PC 34:1存在多種同分異構體。研究表明，脂質(zhì)分子結構上的差異可能會影響其物理性質(zhì)和生物學功能，不同類型的同分異構體在生物體的分布及含量情況如何呢？

當我們使用傳統(tǒng)的質(zhì)譜成像技術對小鼠小腦中的PC 34:1進行原位成像分析時，通常只能獲得其整體分布圖像（圖2 (B)），而無法識別其異構體及其在生物體內(nèi)的具體分布，這限制了對脂質(zhì)異構體在生物體內(nèi)功能差異的理解。

然而，通過使用新一代島津成像質(zhì)譜顯微鏡iMScope QT結合自由基誘導解離源（OAD），可以利用OAD-MS/MS產(chǎn)生的特征碎片離子的不同，成功區(qū)分PC 34:1的兩種C=C雙鍵位置異構體，即PC 16:0_18:1(n-7)和PC 16:0_18:1(n-9)，并實現(xiàn)二者在腦組織中的分布可視化（圖2（C）和（D））。通過成像分析可以直觀地觀察到這兩種異構體在生物體內(nèi)的分布存在明顯差異，且PC 16:0_18:1(n-7) 的豐度遠低于 PC 16:0_18:1(n-9)。

圖2 正離子模式下PC 34:1及其雙鍵異構體的OAD-MS/MS質(zhì)譜成像圖

(A) [PC 16:0_18:1+H]+ OAD-MS/MS譜圖；(B) [PC 16:0_18:1+H]+ 質(zhì)譜成像圖；

(C) PC 16:0_18:1(n-9) 質(zhì)譜成像圖；(D) PC 16:0_18:1(n-7) 質(zhì)譜成像圖

該技術彌補了傳統(tǒng)質(zhì)譜成像在脂質(zhì)異構體成像方面的不足，使得生物體內(nèi)脂質(zhì)異構體的鑒定、原位可視化分析以及不同類型異構體脂質(zhì)的相對定量成為可能。對于進一步研究脂質(zhì)結構的生物學意義、加深理解脂質(zhì)代謝調(diào)控及其生理功能具有重要意義。

負離子模式分析（以硫苷脂Sulfatide 24:1為例）

硫苷脂C=C位置注釋： 在負離子模式下，OAD技術同樣展現(xiàn)了其強大的分析能力，成功注釋了硫苷脂/硫酸化己糖基神經(jīng)酰胺(SHexCer)的C=C位置，SHexCer d18:1/24:1的[M-H]-離子在m/z 888.623處有明顯的信號，揭示了SHexCer d18:1 (?4) / 24:1 (n-9)的特征產(chǎn)物離子（m/z 750.480和m/z 792.493）（圖3 (A)），并對該脂質(zhì)在鼠腦中的分布進行成像分析（圖3 (B)）。

圖4 負離子模式下Sulfatide 24:1的OAD-MS/MS及質(zhì)譜成像圖

(A) [Sulfatide 24:1- H]- OAD-MS/MS譜圖；(B) [Sulfatide 24:1- H]- 質(zhì)譜成像圖

總結

● 島津的創(chuàng)新離子碎裂技術，精確識別脂質(zhì)異構體的雙鍵位置，結合成像質(zhì)譜可實現(xiàn)組織中異構體的可視化分析；

● 適用于多種脂質(zhì)亞類的表征分析，無論其電荷正負，均能提供優(yōu)異的分析效果；

● 此外，支持CID和OAD的雙重解離模式，同時獲取極性頭基團、脂肪酰基組成（CID）和C=C雙鍵位置信息（OAD），全面覆蓋化合物結構信息。

島津 OAD 技術和 iMScope QT 成像質(zhì)譜顯微鏡的結合，為空間脂質(zhì)組學研究帶來了新的突破，開啟了脂質(zhì)異構體精準可視化的新篇章。我們期待這一技術在未來研究中發(fā)揮更大的作用，以助力生物醫(yī)學研究的發(fā)展。

參考文獻：

[1] Takahashi.H et al. Anal. Chem. 2018, 90 (12), 7230-7238.

[2] Takahashi.H et al. Mass Spectrometry. 2019, S0080.

[3] Uchino.H et al. Commun Chem. 5, 162 (2022).

[4] Peggi M. Angel et al. Anal. Chem. 2012, 84 (3), 1557-1564