01研究背景

頸動(dòng)脈粥樣硬化是導(dǎo)致缺血性腦卒中的重要原因，脂質(zhì)在動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展中起著關(guān)鍵作用。但目前，尚未系統(tǒng)地研究與組織學(xué)相關(guān)的頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的空間脂質(zhì)分布。本文應(yīng)用解吸電噴霧電離－質(zhì)譜成像技術(shù)（DESI-MSI）探究頸動(dòng)脈粥樣硬化的脂質(zhì)譜，并將其與組織學(xué)信息相關(guān)聯(lián)。

02前言

2023年1月，首都醫(yī)科大學(xué)王朝東課題組在Atherosclerosis期刊發(fā)表的題為“Spatial metabolomics identifies lipid profiles of human carotid atherosclerosis”（IF：6.847）的研究成果。該研究應(yīng)用DESI-MSI空間代謝組學(xué)，描繪了人類頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中的空間脂質(zhì)代謝圖譜，其中疾病進(jìn)展斑塊三個(gè)區(qū)域的脂質(zhì)分布和相關(guān)代謝途徑不同，發(fā)揮不同的調(diào)節(jié)作用，表明頸動(dòng)脈斑塊這些區(qū)域的不同代謝機(jī)制可能在動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展中至關(guān)重要，研究或可為新型降脂藥物的潛在靶點(diǎn)研究提供潛在幫助。

03研究思路

1例患者的14個(gè)切片之間的代謝差異，選擇4種病理類型，結(jié)合msi數(shù)據(jù)和組織學(xué)結(jié)構(gòu)，初步確定空間分布的脂質(zhì)。另外11例患者選擇4種病理類型，綜合DESI-MSI數(shù)據(jù)和鄰近切片的組織學(xué)結(jié)構(gòu)，篩選符合空間分布的脂質(zhì)。進(jìn)一步進(jìn)行重合的差異脂質(zhì)在不同區(qū)域的富集分析。

04研究方法

研究材料：12名接受頸動(dòng)脈內(nèi)膜切除術(shù)的患者

研究技術(shù)：（1）生理/病理分析：冷凍切片（10 μm厚），免疫染色，免疫組化

（2）DESI-MSI空間代謝組學(xué)（t -SNE，機(jī)器學(xué)習(xí)，富集分析）

05研究結(jié)果

1.?DESI-MSI對(duì)患者脂質(zhì)豐度的初步評(píng)估及不同脂質(zhì)空間分布區(qū)域特征

用DESI-MSI對(duì)一名頸動(dòng)脈粥樣硬化患者的頸動(dòng)脈斑塊進(jìn)行檢測(cè)

圖1 一位患者頸動(dòng)脈斑塊的14個(gè)10μm厚的冷凍連續(xù)切片的DESI-MSI，以及四個(gè)病理階段對(duì)應(yīng)的離子強(qiáng)度和區(qū)域分布。

2.?通過OPLS-DA篩選與組織學(xué)相關(guān)的空間脂質(zhì)譜

為進(jìn)一步研究脂質(zhì)譜隨動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展的空間變化，描繪了四個(gè)病理階段的精確區(qū)域，特別是纖維粥樣硬化階段和復(fù)雜病變階段的LRRs和CRRs區(qū)域（圖2A）。在動(dòng)脈粥樣硬化前期和動(dòng)脈硬化病理階段隨機(jī)選擇10個(gè)ROI（感興趣的區(qū)），在纖維粥樣硬化和復(fù)雜病變的LRRs和CRRs中隨機(jī)選擇10個(gè)ROI。OPLS-DA模型被引入篩選脂質(zhì)譜，確定LRRs和CRRs的四個(gè)病理階段，且模型沒有過擬合。

LRRs和CRRs四個(gè)階段的正離子和負(fù)離子模式的脂質(zhì)譜有明顯差異（圖2B-E）。篩選出55個(gè)差異脂質(zhì)（圖2F），13種脂質(zhì)特異性分布在LRRs中，16種脂質(zhì)特異性分布在CRRs中，26種脂質(zhì)均分布在LRRs和CRRs（代表TCSRs）。這些脂質(zhì)在TCSRs（圖2G）、LRRs（圖2H）和CRRs（圖2I）四個(gè)階段之間存在顯著差異。在四個(gè)病理階段，10種脂質(zhì)的空間分布與組織學(xué)相關(guān)（三個(gè)在TCSRs，三個(gè)在LRRs，四個(gè)在CRRs）。

圖2?一位患者頸動(dòng)脈斑塊的14個(gè)10μm厚的冷凍連續(xù)切片的DESI-MSI，以及四個(gè)病理階段對(duì)應(yīng)的離子強(qiáng)度和區(qū)域分布

圖3?隨機(jī)選擇的10種脂質(zhì)（TCSRs中3種，LRRs中3種，CRRs中4種）在四個(gè)病理階段的空間分布

3.?通過OPLS-DA確認(rèn)空間脂質(zhì)分布

以相同的方式處理來自另外11名患者的斑塊樣本以排除異質(zhì)性。確定了包括動(dòng)脈粥樣硬化前期（n = 7）、動(dòng)脈粥樣硬化（n = 8）、纖維粥樣硬化（n = 5）和復(fù)雜病變（n = 8）四個(gè)病理階段的切片，并掃描相鄰的切片。在OPLS-DA模型中，四組在LRRs和CRRs的正離子和負(fù)離子模式下的脂質(zhì)譜有明顯差異（圖4A-D），并鑒定出55種差異脂質(zhì)中的32種脂質(zhì)（圖4E）。8種脂質(zhì)特異性分布在LRRs中，12種脂質(zhì)特異性分布在CRRs中，12種脂質(zhì)均分布在LRRs和CRRs（代表TCSRs）。熱圖顯示，這些脂質(zhì)在TCSRs（圖4F）、LRRs（圖4G）和CRRs（圖4H）的四個(gè)階段中也有顯著變化。

圖4 11名患者中篩選與組織學(xué)相關(guān)的脂質(zhì)譜

4.?預(yù)測(cè)不同區(qū)域病理分期的脂質(zhì)相關(guān)通路

對(duì)32種鑒定到的脂質(zhì)，進(jìn)行KEGG途徑富集分析，鞘磷脂信號(hào)通路、脂肪消化和吸收、甘油磷脂代謝、脂肪細(xì)胞因子信號(hào)通路等是最顯著富集的10個(gè)代謝途徑（圖5A）?？倷M截面區(qū)中篩選出的12種脂質(zhì)顯著富集的代謝通路為脂肪消化吸收、膽固醇代謝、脂肪細(xì)胞脂肪分解調(diào)節(jié)、脂質(zhì)與動(dòng)脈粥樣硬化等（圖5B），LRRs的8種脂質(zhì)中最顯著的10種富集代謝途徑有神經(jīng)營養(yǎng)素信號(hào)途徑、鞘磷脂信號(hào)途徑、壞死、胰島素抵抗等（圖5C），CRRs的12種脂質(zhì)顯著富集的3條途徑包含甘油磷脂代謝、醚類脂質(zhì)代謝和癌癥中的膽堿代謝（圖5D）。三個(gè)區(qū)域之間的代謝途徑，特別是在LRRs和CRRs，隨著動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展有很大不同。

圖5?對(duì)另外11名患者鑒定出的脂質(zhì)進(jìn)行KEGG通路富集分析。

06研究結(jié)論

本研究全面展示了人類頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中的空間脂質(zhì)代謝足跡。疾病進(jìn)展斑塊的三個(gè)區(qū)域的脂質(zhì)分布和相關(guān)代謝途徑明顯不同，表明頸動(dòng)脈斑塊這些區(qū)域的不同代謝機(jī)制可能在動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展中起關(guān)鍵作用。

文章推薦

該研究對(duì)人類頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊進(jìn)行空間代謝組學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域的脂質(zhì)豐度不同，所富集的代謝途徑有差別。通過推測(cè)不同空間脂質(zhì)分布與動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程間的聯(lián)系，揭示頸動(dòng)脈斑塊不同區(qū)域的代謝機(jī)制可能在動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展中至關(guān)重要，有利于理解粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制，并為開發(fā)新的治療方法提供參考。

參考文獻(xiàn)10.1016/j.atherosclerosis.2022.11.019

鹿明生物提供優(yōu)質(zhì)的空間代謝組服務(wù)空代儀器平臺(tái)已搭建：2套AFADESI-MSI質(zhì)譜成像系統(tǒng)+1套Waters DESI-MSI質(zhì)譜成像系統(tǒng)

項(xiàng)目執(zhí)行：已落地執(zhí)行項(xiàng)目百余項(xiàng)、檢測(cè)組織樣本類型20+；

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)：鹿明空間代謝組榮獲上海市2023年度“科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”空間代謝組學(xué)分析檢測(cè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)專項(xiàng)立項(xiàng)

定性算法經(jīng)過多維校準(zhǔn)：定性結(jié)果同時(shí)考慮物質(zhì)表達(dá)空間情況、加和離子及同位素峰表達(dá)強(qiáng)度相似性、同位素表達(dá)空間分布相似性、非靶向質(zhì)譜數(shù)據(jù)和空代自建數(shù)據(jù)庫進(jìn)行校準(zhǔn)。

項(xiàng)目實(shí)測(cè)結(jié)果：可實(shí)現(xiàn)定性代謝物數(shù)量：1000-3000個(gè)代謝物

無偏好性檢測(cè)代謝物：:70%為700Da以下的小分子物質(zhì)，30%為脂質(zhì)類物質(zhì)，更加適合代謝組學(xué)研究方向；

文末看點(diǎn)｜lumingbio

上海鹿明生物科技有限公司是歐易生物旗下從事蛋白質(zhì)組及代謝組質(zhì)譜檢測(cè)的專業(yè)質(zhì)譜組學(xué)服務(wù)公司。公司建有國內(nèi)第一個(gè)空間代謝組商業(yè)服務(wù)平臺(tái)，深耕質(zhì)譜組學(xué)檢測(cè)分析，具體包括空間代謝組、雙平臺(tái)代謝組、靶向代謝組、TMT標(biāo)記定量蛋白組、翻譯后修飾蛋白組、4D-DIA蛋白組、單細(xì)胞及超微量蛋白組、空間蛋白組等。創(chuàng)新質(zhì)譜組學(xué)平臺(tái)廣泛應(yīng)用于機(jī)制解析、分型診斷、標(biāo)志物篩選、藥靶發(fā)掘等多個(gè)領(lǐng)域。公司并先后獲得高新技術(shù)企業(yè)、上海市專精特新企業(yè)并建有院士專家工作站，自有包括tims tof pro2在內(nèi)的各類大型質(zhì)譜近二十臺(tái)套，年服務(wù)項(xiàng)目超2000項(xiàng)。鹿明生物協(xié)助合作伙伴發(fā)表SCI論文近千篇，成功打造以硬數(shù)據(jù)、好服務(wù)為基礎(chǔ)，以空間代謝組為特色的質(zhì)譜組學(xué)檢測(cè)服務(wù)公司品牌。

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