看毒丨镉中毒和肿瘤代谢成像

领域：细胞生物学,微生物,生理生态,分子生物学,蛋白/抗体/蛋白质组,基因/基因组/测序,多组学/蛋白质组/代谢组/脂质组,其他生命科学    资料类型：其他资料   

神通川流域横贯日本中部平原，水土富饶。20世纪初突现河鱼大量死亡，两岸稻田大面积减产，可怕的怪病在沿岸居民中蔓延。患者自述全身疼痛，行动受限，甚至呼吸都疼痛难忍。数年后，患者开始四肢弯曲，脊柱变形，骨质松脆，苦痛难熬。此症由此得名“痛痛病”。

20世纪60年代，日本发布调查报告，确认 “痛痛病” 是由镉中毒引起。上游的神冈矿山长期排放未经处理的废水，引至神通川流域镉超标。

急性镉中毒会导致多个器官衰竭。1966年曾报道5名工人在拆除英格兰赛汶路大桥时，用乙炔焰切镀镉螺栓，因吸入大量氧化镉颗粒，造成1人肾衰竭死亡。

对于镉毒性的研究常通过代谢组学进行，而脂质组学和质谱成像的研究应用仍然不足。AP/MALDI MSI 大气压基质辅助激光解吸电离质谱成像和脂质组学分析是表征生物标志物的有力工具。

香港浸会大学蔡宗苇教授课题组对镉暴露下雌性 ICR 小鼠的肝脏、肾脏、心脏、胃、脑和脾脏等组织进行代谢组学研究，并构建了小鼠肝、肾和心脏的脂质组学特征。为深入了解其毒理学机制，利用 AP/MALDI MSI 对小鼠肝脏中的几种代表性脂质进行可视化成像。结果表明，暴露于镉会导致肝脏、肾脏和心脏等组织的代谢发生显著变化。

为深入了解镉对小鼠肝脏、肾脏和心脏的毒性，进行脂质组学分析。构建 PLS-DA 模型显示出对照组和暴露组在小鼠不同组织中存在差异（图2A）。

代谢组学分析鉴定出镉暴露下小鼠组织中的生物标志物，包括26种肝脏化合物、19种肾脏化合物、6种心脏化合物、7种胃化合物、9种大脑化合物，和2种用于脾脏的化合物（图2B）。受影响最大的代谢途径包括花生四烯酸代谢、α-亚麻酸代谢、氨基酸代谢、碳水化合物代谢、泛酸和辅酶 A 生物合成、维生素 B6代谢、嘌呤代谢、核黄素代谢、谷胱甘肽代谢、类固醇激素生物合成、甘油磷脂代谢，等（图2C）。

脂质对细胞内环境稳态至关重要。肝脏是急性镉中毒损伤的主要器官。本研究通过 AP/MALDI 质谱成像和脂质组学分析深入了解镉暴露下小鼠肝组织中脂质的变化和空间分布，代表性脂质包括3种神经酰胺、7种甘油三酯和22种甘油二酯。

本研究首次利用 AP/MALDI 质谱成像与组学分析相结合的方法揭示镉对雌性 ICR 小鼠模型的急性毒性。此外，镉在小鼠模型中的毒理学机制与炎症反应、能量消耗、氧化应激、DNA 和线粒体损伤以及脂质稳态密切相关。

目前为止，动物模型中急性镉中毒的数据有限。本研究可提高公众对急性镉中毒的认识，指导未来的风险评估，以及对镉毒理学机制的进一步研究。

谢佩斯，段晓琨，蔡宗苇

与传统培养的二维肿瘤细胞相比，三维肿瘤细胞球能从多个方面更好地模拟实体瘤的一些特征，如空间结构和药物抗性机理。

本研究利用 AP/MALDI-MS 大气压基质辅助激光解吸电离-串联超高分辨质谱原位检测并分析三维肿瘤细胞球内22种内源性代谢小分子的空间分布。其中，4种涉及三羧酸循环代谢通路的小分子分布于整个细胞球区域，另外18种涉及甘油磷脂合成与降解通路的脂质分子在细胞球内的分布呈多样性。区域分割分析表明，外围区域和中心区域的细胞代谢特征有明显差异。

与真空 MALDI 技术相比，AP/MALDI 更易实现同其他离子源的切换，能够对一些真空状态下不稳定的物质和基质进行分析，同时获得更少的离子碎裂峰。

该研究为进一步了解肿瘤模型的微环境以及肿瘤代谢的分子机制提供思路，为开展原位质谱成像研究提供方法支持。