破解细胞“脂密码”：MALDI-MSI技术在鞘脂检测中的突破与挑战

原创

来源：梁冬雪

2025-04-11 11:03:32

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核心提示：近日，一项发表于bioRxiv的研究建立了一种利用基质辅助激光解吸/电离质谱成像（MALDI-MSI）检测鞘脂的有效方法，为鞘脂研究提供了更可靠的技术支持。

鞘脂是细胞膜的重要结构成分，在细胞信号传导和代谢中发挥关键作用。近年来，随着对鞘脂在病理生理过程中作用的认识不断加深，研究者们迫切需要一种能够在组织样本中可视化这些脂质的技术。MALDI-MSI作为一种新兴的分子成像技术，能够直接在组织和细胞培养中检测鞘脂，并揭示其空间分布。然而，由于鞘脂分子结构复杂、种类繁多且丰度差异大，MALDI-MSI在检测时面临诸多挑战。

近期，一项关于基质辅助激光解吸电离质谱成像（MALDI-MSI）技术在检测鞘脂（sphingolipids）方面的研究取得了重要进展。研究团队通过多方法结合的方式，优化了MALDI-MSI检测鞘脂的流程，并揭示了该技术在应用中的优势与局限。

研究内容

图 1 鞘脂标准品的MALDI-MSI信号与基质及离子模式的关系

为了优化检测流程，研究团队展开了多维度探索。通过MALDI-MS对常用基质（2,5-二羟基苯乙酮（DHA）、2,5-二羟基苯甲酸（DHB）和1,5-二氨基萘（DAN））在正负离子模式下对参考标准品的检测效果进行评估。从图1中可以清晰看到，不同鞘脂标准品在DAN负离子模式与DHB和DHA正离子模式下呈现出截然不同的碎片化路径，彩色箭头直观地展示了鞘脂标准品在不同基质中的相对碎片化水平，为确定最佳检测条件提供了关键依据。

图 2 细胞培养中MALDI-MSI信号的验证

在细胞培养实验环节，研究人员巧妙地利用鞘脂酶和抑制剂调节特定鞘脂种类，以此验证MALDI-MSI信号的准确性。如图2所示，A图详细描绘了bSMase和pCDase催化反应的原理，为后续实验提供了理论基础；B图则直观展示了HeLa细胞经不同处理后的MALDI-MSI图像，包括Sph、S1P、多种SM和PC在DHB正离子模式下，以及多种Cer DAN负离子模式下的信号分布情况；C图通过对光学密度归一化后的鞘脂信号强度进行量化分析，进一步证实了实验结果的可靠性。

最终，研究团队将优化后的参数应用于PyMT小鼠模型的乳腺癌组织检测。研究结果令人振奋：DHB正离子模式在检测鞘磷脂（SM）和鞘氨醇（Sph）方面展现出卓越的性能，首次实现了在细胞和PyMT组织中对Sph的有效检测；而DAN负离子模式则在检测神经酰胺（Cer）和糖鞘脂方面表现出色。此外，研究还发现，在DAN负离子模式下，SM会大量分解为1-磷酸鞘氨醇（S1P）和1-磷酸神经酰胺（C1P），产生干扰低丰度鞘脂检测的假象信号，而在DHB正离子模式下，S1P和C1P在生物样品中则踪迹全无。

图 3 C1P信号的伪影问题

研究团队进一步验证了DAN负离子模式下C1P信号的伪影问题：如图3，在未处理的细胞中，C1P信号与SM信号高度相关。而经过bSMase处理后，SM信号降低，C1P信号也随之消失，证实了C1P信号是由SM降解产生的伪影。

此外，研究人员通过使用抑制剂eliglustat抑制GlcCer合成酶，调节糖鞘脂水平，结果表明在DAN负离子模式下，eliglustat处理后Gb3、GM3、GM2和GM1的信号显著降低，这不仅证实了MALDI-MSI信号的特异性和灵敏度，还验证了该技术在细胞水平上对糖鞘脂检测的有效性。该团队还进一步将这些发现应用于PyMT小鼠乳腺癌组织样本，在DHB正离子模式下成功检测到SM和Sph信号，与细胞培养结果一致；而在DAN负离子模式下，Cer、糖鞘脂和神经酰胺信号也被成功检测到。然而，对于S1P和C1P信号的可靠性提出了质疑，尤其是C1P信号，可能由于SM的降解而产生伪影，这提示在组织样本中检测低丰度鞘脂时需要更加谨慎地评估信号的真实性。