儀器信息網(wǎng)訊?近日,藥物所“天然藥物活性物質(zhì)與功能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”再帕爾·阿不力孜科研團(tuán)隊(duì)在質(zhì)譜分子成像技術(shù)及其在食管癌代謝研究領(lǐng)域取得的創(chuàng)新成果,分別在《Adv Sci》《P Natl Acad Sci USA》和《Analytical Chem》等國(guó)際權(quán)威期刊發(fā)表。在第十七屆中國(guó)國(guó)際科學(xué)儀器及實(shí)驗(yàn)室裝備展中,該團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的空氣動(dòng)力輔助離子化質(zhì)譜成像裝置榮獲中國(guó)儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)評(píng)選的“自主創(chuàng)新金獎(jiǎng)”。(維科托:AFAI-MSI質(zhì)譜成像系統(tǒng)亮相 應(yīng)用于分子診斷及藥物研發(fā))
針對(duì)生物組織中代謝物種類多樣、理化性質(zhì)各異、含量差異大等特點(diǎn),研究團(tuán)隊(duì)改進(jìn)了AFAI技術(shù)的氣流傳輸系統(tǒng)和優(yōu)化噴霧溶劑組成,與高分辨質(zhì)譜聯(lián)用,并且自主研發(fā)了具有集成數(shù)據(jù)處理和信息挖掘功能的質(zhì)譜成像軟件系統(tǒng)(Mass Imager),建立了生物組織中代謝物免標(biāo)記、高靈敏、高覆蓋的成像分析與功能識(shí)別的AFADESI-MSI新方法,使其檢測(cè)靈敏度提高至pg級(jí)水平、含量動(dòng)態(tài)范圍跨越3個(gè)數(shù)量級(jí),覆蓋十多個(gè)種類、1500余個(gè)代謝物;比較完整地檢測(cè)出同一代謝通路中大多數(shù)功能代謝物,并精確表征與識(shí)別其在組織亞區(qū)域的分布特征(圖1)(Advanced ? Science, 2018, 5,1800250;Anal. Chem. Acta, 2018, 1015: 50-57)。此外,采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,以內(nèi)源性代謝物為天然內(nèi)標(biāo),建立了虛擬校正定量質(zhì)譜成像分析新方法,解決了生物組織中難以添加內(nèi)標(biāo)化合物的技術(shù)難題,實(shí)現(xiàn)了整體動(dòng)物體內(nèi)藥物的準(zhǔn)確定量成像分析(Anal. Chem., 2019, 91 (4): 2838-2846)。
圖1. 大鼠腦組織切片中代表性功能代謝物的質(zhì)譜成像圖
腫瘤細(xì)胞通過代謝重編程以適應(yīng)其惡性增殖,是其區(qū)別于正常細(xì)胞的重要特征,因此腫瘤代謝的深入表征能夠?yàn)檠芯科浒l(fā)病機(jī)制以及發(fā)現(xiàn)潛在診療靶點(diǎn)提供新的契機(jī)。該團(tuán)隊(duì)建立了基于AFADESI-MSI技術(shù)的空間分辨代謝組學(xué)方法,并提出了“下游代謝物關(guān)聯(lián)上游代謝酶”的腫瘤代謝表征策略,深入分析代謝通路,結(jié)合免疫組化驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)相關(guān)代謝通路及其代謝酶(如:PYCR2、FASN、GLS、HD、ODC和UPase1等)在食管癌組織中發(fā)生了紊亂,其中PYCR2和UPase1是首次被發(fā)現(xiàn)在食管癌中異常表達(dá);圖2為谷氨酰胺代謝的表征結(jié)果。上述結(jié)果為研究食管癌的發(fā)病機(jī)制提供了代謝水平的分子依據(jù),并為食管癌的診療干預(yù)提供了新的潛在靶點(diǎn)(PNAS, 2019, 116(1): 52-57)。
圖2. 原位可視化表征谷氨酰胺代謝通路中關(guān)鍵代謝物及代謝酶的結(jié)果
上述研究成果在生物組織中低含量代謝物的質(zhì)譜成像檢測(cè)、質(zhì)譜成像海量數(shù)據(jù)可視化處理和質(zhì)譜成像定量分析等關(guān)鍵技術(shù)方面取得了突破進(jìn)展;拓展了質(zhì)譜成像技術(shù),使其成為一種高通量的分子定位與功能識(shí)別的分子組織學(xué)研究工具。此外,基于質(zhì)譜成像技術(shù)的原位代謝組學(xué)方法,可更全面和高通量地表征腫瘤的微區(qū)代謝改變并發(fā)現(xiàn)其潛在功能,從而為研究腫瘤代謝機(jī)制提供了新思路和新視角。
儀器信息網(wǎng)在ACCSI2019“中國(guó)質(zhì)譜產(chǎn)業(yè)發(fā)展”論壇的跟蹤報(bào)道顯示,再帕爾·阿不力孜教授就質(zhì)譜未來(lái)發(fā)展愿景表示,質(zhì)譜技術(shù)具有很強(qiáng)的生命力和發(fā)展空間,在基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、結(jié)構(gòu)組學(xué)等多學(xué)科、多手段的交叉組合下,質(zhì)譜技術(shù)、代謝組學(xué)有望積極推動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展及個(gè)體化診療、新藥研發(fā)的應(yīng)用進(jìn)程。再帕爾·阿不力孜也提到質(zhì)譜儀器的發(fā)展,一方面需要適應(yīng)國(guó)家與行業(yè)的重大需求,解決被動(dòng)依賴、被動(dòng)牽制、卡脖子等技術(shù)問題,一方面推動(dòng)科技創(chuàng)新,以引領(lǐng)科技前沿?fù)屨贾聘唿c(diǎn),實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)領(lǐng)域的跨越發(fā)展。