发布时间:2025-01-21 阅读次数:133次
研究背景
脂质在生物体内扮演着至关重要的角色,许多疾病,如癌症的发生和发展,与脂质代谢密切相关,脂质空间成像在临床医学研究中也具有重要意义。脂质种类繁多、结构复杂且异构体丰富,研究表明,不同类型的异构体(例如不饱和脂质中C=C双键的位置异构),其生理功能也存在显著差异。
目前,脂质精细结构及异构体的表征分析仍面临挑战。尽管已有多种质谱技术被报道用于脂质异构体表征,如臭氧诱导解离(OzID)、紫外光解离(UVPD)、电子诱导解离(EID)以及离子淌度等,但在质谱成像(MSI)分析中,对于区分脂质异构体方面仍存在局限性,脂质异构体分布信息的缺失将影响相关代谢信息的准确性。进行脂质精细结构解析和体内可视化研究,对于探究脂质生物标志物及疾病的发病机制等研究是十分重要且有意义的。
本研究采用了一种新的策略,将自由基诱导解离(OAD)(1-3)技术与质谱成像相结合,成功实现生物组织中脂质C=C位置异构体的精准可视化,为脂质组学研究拓展了新的研究思路。
OAD特色技术
岛津创新开发的自由基诱导解离(OAD)技术有效克服了传统碰撞诱导解离(CID)技术在区分C=C双键位置方面的局限性,为分子结构解析提供更为详尽的信息。如需了解更多关于OAD技术的信息,请点击往期推送。
解决方案
新一代岛津成像质谱显微镜iMScope QT可以配置自由基诱导解离源(OAD),集成质谱成像和自由基诱导解离的技术优势,实现不饱和脂质异构体的原位可视化分析。本研究对小鼠小脑切片中的不饱和脂质进行正/负离子模式下OAD-MS/MS分析,揭示脂质C=C位置异构体的可视化及分布差异,为理解和研究脂质在生物体内的结构和功能提供重要参考。
实验方法
◆ 样本处理:取小鼠小脑切片,用50 mM甲酸铵溶液(4)洗涤,使用基质升华仪iMLayer进行基质涂覆(DHB,2,5-二羟基苯甲酸),膜厚度1.2 μm。
◆ 实验仪器:岛津成像质谱显微镜iMScope QT
图1 质谱成像工作流程
实验结果
正离子模式分析(以磷脂酰胆碱PC 34:1为例)
脂质及其异构体可视化及分布差异:磷脂酰胆碱PC 34:1由两条脂肪酸链组成,总共含有34个碳原子和一个双键,具有抗炎、神经功能调节和代谢调节等功能。由于双键的位置以及碳原子在两条链中的分布不同,PC 34:1存在多种同分异构体。研究表明,脂质分子结构上的差异可能会影响其物理性质和生物学功能,不同类型的同分异构体在生物体的分布及含量情况如何呢?
当我们使用传统的质谱成像技术对小鼠小脑中的PC 34:1进行原位成像分析时,通常只能获得其整体分布图像(图2 (B)),而无法识别其异构体及其在生物体内的具体分布,这限制了对脂质异构体在生物体内功能差异的理解。
然而,通过使用新一代岛津成像质谱显微镜iMScope QT结合自由基诱导解离源(OAD),可以利用OAD-MS/MS产生的特征碎片离子的不同,成功区分PC 34:1的两种C=C双键位置异构体,即PC 16:0_18:1(n-7)和PC 16:0_18:1(n-9),并实现二者在脑组织中的分布可视化(图2(C)和(D))。通过成像分析可以直观地观察到这两种异构体在生物体内的分布存在明显差异,且PC 16:0_18:1(n-7) 的丰度远低于 PC 16:0_18:1(n-9)。
图2 正离子模式下PC 34:1及其双键异构体的OAD-MS/MS质谱成像图
(A) [PC 16:0_18:1+H]+ OAD-MS/MS谱图;(B) [PC 16:0_18:1+H]+ 质谱成像图;
(C) PC 16:0_18:1(n-9) 质谱成像图;(D) PC 16:0_18:1(n-7) 质谱成像图
该技术弥补了传统质谱成像在脂质异构体成像方面的不足,使得生物体内脂质异构体的鉴定、原位可视化分析以及不同类型异构体脂质的相对定量成为可能。对于进一步研究脂质结构的生物学意义、加深理解脂质代谢调控及其生理功能具有重要意义。
负离子模式分析(以硫苷脂Sulfatide 24:1为例)
硫苷脂C=C位置注释: 在负离子模式下,OAD技术同样展现了其强大的分析能力,成功注释了硫苷脂/硫酸化己糖基神经酰胺(SHexCer)的C=C位置,SHexCer d18:1/24:1的[M-H]-离子在m/z 888.623处有明显的信号,揭示了SHexCer d18:1 (∆4) / 24:1 (n-9)的特征产物离子(m/z 750.480和m/z 792.493)(图3 (A)),并对该脂质在鼠脑中的分布进行成像分析(图3 (B))。
图4 负离子模式下Sulfatide 24:1的OAD-MS/MS及质谱成像图
(A) [Sulfatide 24:1- H]- OAD-MS/MS谱图;(B) [Sulfatide 24:1- H]- 质谱成像图
总结
● 岛津的创新离子碎裂技术,精确识别脂质异构体的双键位置,结合成像质谱可实现组织中异构体的可视化分析;
● 适用于多种脂质亚类的表征分析,无论其电荷正负,均能提供优异的分析效果;
● 此外,支持CID和OAD的双重解离模式,同时获取极性头基团、脂肪酰基组成(CID)和C=C双键位置信息(OAD),全面覆盖化合物结构信息。
岛津 OAD 技术和 iMScope QT 成像质谱显微镜的结合,为空间脂质组学研究带来了新的突破,开启了脂质异构体精准可视化的新篇章。我们期待这一技术在未来研究中发挥更大的作用,以助力生物医学研究的发展。
参考文献:
[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