技术简介
传统的代谢组学技术匀浆提取，无法得到代谢物空间分布信息 若将样品不同部位人工分离，再分别提取分析，步骤繁琐，还会引入人为的误差。
空间代谢组学是通过一项称为“质谱成像”的应用实现的，它通过对样品进行激光扫描来逐点收集光谱，以便从空间上确定代谢物在组织中的分布。
• 可视化图像差异
• 可获得组学信息的三维空间分布
• 从空间维度上对代谢物进行进一步确认
技术原理
MALDI MSI: Matrix Assisted Laser Desorption Ionization
基质辅助激光解吸电离 将待测物分散在基质分子中形成共结晶（利用基质分子吸收激光能量以防止多余能量直接作用在待测物分子使其发生碎片） 采用激光束激光照射晶体，由于基质分子经辐射吸收能量，导致蓄积并迅速产热，使基质晶体升华 基质和分析物膨胀进入质量分析器，从而获得样本表面各像素点离子的质荷比和离子强度，与质谱成像软件结合，绘制出对应分子在样本表面的分布图。
平台优势
Bruker MALDI/ESI高分辨成像组学质谱仪（timsTOF fleX）
• 具有MALDI/ESI双离子源，并可通过软件自动切换
• 独特的 TIMS富集离子淌度功能，提供复杂样本分离新维度
• 20um空间分辨率，识别组织微区
• 首次把离子淌度融入质谱成像，可识别内源性代谢物、脂类等异构体和同素异质分子
送样取样建议
应用案例
肿瘤生物学与精准医疗
● 发现生物标志物：直接比较癌区、癌旁区、坏死区的代谢物差异，发现特异性的诊断分子。
● 指导手术边界：许多代谢物（如特定磷脂、胆碱化合物）在癌与正常组织间存在浓度陡变。MSI可绘制这些分子的分布梯度，从而在分子层面划定肿瘤边界。
● 解析耐药机制：分析药物治疗后，耐药区域和敏感区域的代谢变化，揭示耐药机制。
● 区分肿瘤亚型：根据代谢特征对看似相同的肿瘤进行精细分型，指导个性化用药。
本文对11例鼻咽癌（NPC） 和5例慢性炎症伴增生（CIH） 的组织样本进行了空间代谢组学与空间转录组学的联合分析。研究关键结果显示：在治疗敏感或PD-1高表达的鼻咽癌组织中，存在显著的代谢重编程，主要表现为支链氨基酸代谢、谷氨酰胺代谢和脂质代谢的活跃。空间分析进一步揭示了前体T细胞与恶性上皮细胞之间的相互作用与治疗反应密切相关。研究筛选出六个关键基因（IL4I1、OXCT1、BCAT2、DLD、ALDH1B1、HADH），它们能有效区分治疗敏感与耐药患者，其中DLD和IL4I1的功能实验证实其调控细胞增殖、迁移与周期进程。基于这些基因构建的分类模型展现出优异的预测效能，为鼻咽癌的预后判断和靶向治疗提供了新的潜在标志物与干预靶点。
神经科学与脑疾病研究
● 绘制脑分子图谱：识别不同脑区甚至同一脑区的不同层状结构中的特异性代谢物，直接关联其功能。
● 揭示疾病机制：将MSI技术与免疫组化染色结合，直接分析病理蛋白沉积斑块（如Aβ斑块、α-突触核蛋白聚集物）周围的代谢微环境。
● 追踪药物分布：直接观察药物及其代谢产物能否穿越血脑屏障，并在大脑的哪个部位富集。
本文对小鼠脑组织切片应用了高分辨率空间代谢组学方法，利用改进的AFADESI-MSI技术，实现了30 μm空间分辨率下的全脑代谢物成像。研究在矢状面脑切片中识别了15个微区，共注释259种代谢物，涵盖脂类、氨基酸、神经递质等多种分子。关键结果显示：不同脑区具有独特的代谢特征，例如多巴胺分布于纹状体，GABA富集于下丘脑和黑质，乙酰胆碱集中于皮层和海马；代谢网络分析揭示了脑区间的功能连接，如皮层、海马与脑干之间存在显著负相关；此外，精氨酸-脯氨酸代谢、谷胱甘肽代谢等通路在不同微区中表现出明显差异。该研究首次构建了高清晰度的小鼠脑空间代谢图谱，揭示了脑代谢的特异性与互联性，为理解脑功能与代谢调控提供了重要依据。
植物科学与中药材研究
● 解析次生代谢物分布：可视化植物有效成分（如生物碱、黄酮、萜类）的合成与储存部位，指导定向育种和采收。
● 研究抗逆机制：观察植物在遭受病虫害、干旱、盐胁迫时，防御性代谢物在叶片或根部的原位合成与分布动态。
● 中药材鉴别与质控：道地药材的“药效”与其内在化学成分及其分布密切相关。空间代谢组学可以成为鉴别真伪、评价质量的“黄金标准”。
本文对棉花体细胞胚胎发育过程中的关键组织样本应用了空间代谢组学与空间转录组学、单细胞转录组学相结合的多组学方法，研究对象包括非胚性愈伤组织、球形胚、鱼雷胚和子叶胚四个发育阶段。研究成功构建了高分辨率的空间基因表达图谱和代谢物分布图谱，鉴定出不同组织区域（如皮层、维管组织、子叶）的特异性代谢物，例如L-精氨酸在子叶中富集，亚油酸在皮层中高表达。研究还发现多胺、植物激素等代谢物在胚胎发生中起关键作用，并进一步通过基因功能验证揭示AATP1和DOX2基因负调控棉花体细胞胚胎的诱导与发育。该工作首次在棉花中实现了空间多组学整合分析，为解析植物体细胞胚胎发生的代谢与遗传调控网络提供了重要资源。
药物研发与毒理学
● 药物ADME研究：直接“看到”原药及其代谢产物在肝脏（代谢）、肾脏（排泄）或靶器官（作用）中的分布，全面评估药物的吸收、分布、代谢和排泄过程。
● 药物安全性评价：发现药物在特定器官（如肝脏、心脏）中引起的局域性代谢紊乱，早期预警潜在的毒副作用。
本文对糖尿病肾病（DN）模型大鼠的肾脏组织切片样本应用了空间代谢组学技术（AFADESI-MSI与MALDI-MSI联用），系统揭示了糖尿病肾病中肾脏不同功能区（皮质、外髓质、内髓质）的特异性代谢重编程。关键结果显示，DN肾脏存在显著的区域特异性代谢紊乱：在外髓质，葡萄糖过度利用，糖酵解和磷酸戊糖途径代谢流增强；在皮质，则出现葡萄糖和脂质（如甘油二酯、磷脂）的异常积聚。同时，TCA循环中间体（如柠檬酸、苹果酸）在全肾范围内减少，而长链酰基肉碱在外髓质积累，共同提示线粒体功能发生区域特异性障碍。此外，研究首次可视化并发现磷脂酰丝氨酸PS(36:2)特异性地分布于肾小球，可能成为糖尿病肾小球硬化的新生物标志物。该研究充分体现了空间代谢组学在解析复杂器官内部区域特异性病理代谢机制方面的强大能力。
