质谱成像技术的应用

近年来，IMS技术已逐渐趋于成熟，相比于免疫组化、荧光标记、核磁共振和正电子发射计算机断层扫描等传统成像方法，具有其独特的优势。利用该方法，可以直接从组织表面分析多种蛋白质和代谢物，具有较高的空间分辨率，已被广泛应用于脂组、蛋白质组、细胞和药物及其代谢物等研究。

8.3.3.1　在脂类研究中的应用

MALDI、DESI和SIMS等离子化技术，都可以用于体内脂质分子的成像研究。其中，以MALDI－IMS较为常见，该方法的正负离子模式均可将脂类分子电离，正离子模式主要用于卵磷脂、鞘磷脂和甾醇的分析，负离子模式主要用于磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸和硫酸脂的分析。利用MALDI－IMS技术，研究人员已对小鼠大脑中的卵磷脂、神经节糖苷、硫酸脂和脑苷脂类等脂类分子的分布进行了研究。由MALDI－IMS技术获得的人额叶皮质、海马和纹状体等区域中脂类分子的分布结果，对了解神经脂类的合成途径及其在中枢神经系统中的功能具有重要作用。也有人利用MALDI－IMS技术研究了卵磷脂在小鼠视网膜和营养不良肌肉中的分布、鞘磷脂在人晶状体中的分布，以及脂类在小鼠肝脏、肺部和人体皮肤上的分布等。此外，应用新型激光器可以实现对整个动物或某一器官中脂质分子分布的研究，其局部空间分辨率可达10μm。

8.3.3.2　在蛋白质研究中的应用

质谱成像技术能同时测定几百个蛋白质分子及多肽分子的空间分布信息，因此广泛应用于各种病理组织样品的分析。国家生物分析中心将质谱成像方法用于高功率微波辐射后大鼠海马的蛋白质组分析，获得了正常情况下和微波辐射后大鼠海马组织质谱图像。采用累加平均谱的统计分析，得到正常与微波辐射处理后样品中的差异分子199个，其中上调194个，下调5个，研究这些差异分子的表达可以有助于进一步了解微波辐射的致伤效应和致伤机制。

8.3.3.3　基础医学研究中的应用

IMS技术作为唯一能提供全面的组织内分子分布信息的技术，已成为科学家研究生命体内各种生理和病理过程分子机制的最有力的手段。目前研究涉及的疾病包括帕金森病、阿尔茨海默病、法布里病、肌肉萎缩症、肾脏疾病、非酒精性脂肪肝、心血管疾病和神经节苷脂沉积病等。

IMS技术还可用来划分肿瘤组织与周围正常组织的界限，可作为染色得到的组织学信息的补充。将原位癌组织经H＆E染色得到的光学图像与IMS图像对比，发现癌症区域有两簇峰(m/z分别为9750和4519)发生了变化，表明利用IMS技术可区分癌症区域和正常区域。

8.3.3.4　在药物及其代谢产物分布研究中的应用

液质联用等技术已广泛应用于药物及其代谢产物的定量和定性分析，但是并不能直接得到药物或其代谢产物在生物组织中的分布信息，而质谱成像技术不需要额外标记所需测定的分子就能提供化合物的空间分布信息，因此成为药物代谢动力学的研究热点之一。如利用MALDI－IMS技术检测奥氮平和长春碱等药物在完整小鼠体内的分布，获得了相关药物在整个动物体内的分布信息。以术中加热化疗处理后的小鼠肾脏为模型，利用IMS可检测到肾脏中抗癌药物奥沙利铂的代谢物，获得了该药物浓度在肾脏皮质区明显高于髓质区的信息。有研究以9－氨吖啶为基质，在小鼠大脑内鉴定了13种代谢物(如AMP、ADP、ATP和UDPGlcNAc等)，并获得了它们的分布信息。Dekker等利用MALDI－IMS技术，研究了Mono Mac 6细胞中的HIV蛋白酶抑制剂沙奎那韦和奈非那韦的变化规律。

8.3.3.5　在细胞研究中的应用

研究细胞的代谢物和多肽的分布及含量，有助于了解细胞的状态和周围环境对其的影响，以及正常与疾病细胞间的差异。大气压红外线(atmospheric pressure infrared，APIR)MALDI/激光烧蚀电喷雾电离(laser ablation electrospray ionization，LAESI)技术可以对活体细胞成像，同时实现了3D代谢物成像。而纳米结构启动质谱(nanostructure－initiator mass spectrometry，NIMS)技术是利用激光或离子束在纳米尺度的小囊中气化待测物，能以极高的灵敏度分析非常小的区域，从而允许对肽阵列、血液、尿和单个细胞进行分析。

应用质谱成像技术可以研究哺乳动物细胞中小分子物质的分布。利用IMS技术检测细胞代谢产物的变化，可清楚地区分不同种类的真核藻类细胞，并可区分细胞的不同亚群。将同位素标记与IMS技术相结合，可以实现对细胞中信号肽类物质的相对定量分析。

8.3.3.6　疾病早期诊断中的应用

医学影像技术已经成为临床诊断的必备手段，但是绝大部分不能在分子水平上提供组织成分的分布信息，而质谱成像技术能在分子水平上发现病变组织的标志物，因此质谱成像技术在寻找疾病生物标记物、研发疾病早期诊断方法等方面具有较好的应用前景。有研究者应用免疫技术结合质谱成像，获得了转移性黑素瘤的标志蛋白在胰腺中的特征分布。有研究以神经胶质瘤疾病为模型，以小鼠脑组织为分析对象，采用MALDI－IMS技术获得了神经胶质瘤标志物的空间分布情况，对该疾病模型的两个标志物星型磷酸化蛋白和脂肪酸结合蛋白的空间分布进行了三维重建。

8.3.3.7　在药物研发中的应用

IMS在药物研发方面有着广泛的应用前景，如可用于药物靶向筛选、组织器官或细胞内药物及代谢产物分布等方面研究。如在候选药物SCH226374被用于脑肿瘤治疗中，研究者选用脑肿瘤小鼠为模型，口服给药，剂量为80 mg·kg－1，于给药后7 h处死，采集了整个脑部区域组织的离子信号，选择检测反应离子m/z 695.4→m/z228.1的转换，并显示片断离子(m/z 228.1)的信号，结果表明，药物在整个脑部的组织都有分布，但信号普遍较低，于肿瘤区域组织中能检测到该物质，主要集中于肿瘤组织的外周边缘区域;候选药物SCH412348被设计为靶向于脑纹状，研究者分析了它在小鼠脑组织中的分布情况，静脉注射给药，剂量为5 mg·kg－1，于给药后1h断头取脑，采集脑组织区域的离子信号，选择检测反应离子m/z 466→m/z 225的转换。结果皮质区域的信号比纹状体的信号强，说明SCH412348在皮质区域的浓度较高，证明该物质与小鼠皮质的亲和力强于与纹状体的。