2022-09-14 04:12:30, 小迈 武汉迈特维尔生物科技有限公司
近年来,质谱(MS)使化学研究取得了重大的创新和进步,且质谱在化学分子图谱绘制和分析中显示出前景,可以回答“什么”、“在哪里”、“多少”和“谁”在疾病发展中起作用,并明确临床表型物质基础,这些化学物质(包括脂质)信息可通过包含质谱成像(MSI)在内的质谱技术获得,明确疾病生物标志物,并对疾病分类、分级。这些特征可以潜在地提高疾病诊断、监测和治疗的精确度,从而进一步改变医学。
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精准医学中基于质谱的化学物质图谱分析(YechenHuetal,2021)
生物样本中的脂质种类繁多,但动物细胞中的主要脂质类别是PC、磷脂酰丝氨酸(PS)、磷脂酰乙醇胺(PE)、鞘磷脂(SM)和胆固醇。酸性(带负电)PL,如PA、磷脂酰甘油、磷脂酰肌醇(PI)或其磷酸化衍生物(PIP)仅以较少的量存在,但作为第二信使以及凋亡细胞(尤其是PS)的标志物具有重要意义。另外脂质是所有组织中非常丰富的成分,且越来越多的证据表明脂质可作为有用的疾病标志物,因此在过去十年中,使用MALDI-TOFMS对脂质的分析也越来越多。
在脂肪组织之后,大脑是下一个富含脂质的器官。因此,许多疾病,如精神分裂症或阿尔茨海默症也在很大程度上与脂质相关。已经提出了几种理论来概念化精神分裂症固有的病理过程,其中包括改变的神经传递、自身免疫功能障碍和炎症失调。磷脂假说表明,膜磷脂的摄取不足或过度分解或膜磷脂成分的变化可能与精神分裂症有关。该假设得到了在死后灰质和白质样本以及精神分裂症患者外周血红细胞中发现脂质异常的研究的支持。此外,磷脂酶A2活性增加,尤其是在首发精神分裂症患者中,并与大脑结构变化有关,特别是在前额叶皮层和丘脑中。然而,磷脂假说的证据尚无定论。在磷脂假说之前,有人提出了前列腺素缺乏假说。(MatejOrešič,etal.2012)
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正常脑功能所需的必需脂肪酸到达脑磷脂的路线(HorrobinDF,1998)
在MSI部分研究中表明,AD脑组织中的整体脂质模式没有显著变化,但特定大脑区域中选定的脂质丰富。YukiD等人研究了AD患者死后大脑和AD小鼠模型大脑的PC组成:人类脑组织的MALDI-TOFMSI研究显示,相对于白质,灰质中PC18:0/22:6显著减少。二十二碳六烯酸(22:6,DHA)是生物系统中最丰富的高度不饱和脂肪酸,由于其显著的双键含量,对氧化非常敏感,因此它受到炎症细胞入侵的高度影响。令人惊讶的是,具有早期AD症状的小鼠大脑中表现出Aβ肽积累,并没有提供PC18:0/22:6相关的证据。因此,得出结论,PC18:0/22:6的降低是由氧化应激而不是Aβ积累引起的(YukiD,etal.2014)。
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D大脑颞灰质中的二十二碳六烯酸(DHA)-PC显著降低
(YukiDetal.2014)
脂质代谢与肝脏疾病息息相关,如非酒精性脂肪肝(NAFLD)。非酒精性脂肪肝以肝细胞脂质积聚为特征,是指从单纯性脂肪变性到脂肪性肝炎再到肝硬化的肝损伤。许多使用肝脏匀浆或血清/血浆研究表明,甘油三酯(TAG)、磷脂酰胆碱(PC)、磷脂酰乙醇胺(PE)、磷脂酰甘油(PG)及游离脂肪酸在NAFLD的发展中发挥潜在作用。
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使用随机森林分析脂质区分NAFLD病人
(FranckChiappinietal.2017)
最近的研究表明,可以通过MALDI-TOFMSI可靠地表征非酒精性脂肪性肝病肝细胞脂质积累的变化(ŠčupákováK,etal.2018)。对患有不同程度NAFLD的肥胖受试者新鲜冷冻肝活检样本进行冷冻切片并通过MSI进行分析。伴随的基因表达数据表明,患有更严重脂肪变性的患者的磷脂酶增加,且检测到LPL和游离脂肪酸浓度升高。另外许多以老鼠为模型的研究表明,病毒引起的肝炎会导致PC模式的显著改变,这有助于区分健康的肝脏和病理性改变的肝脏。
肺部感染是一种危及生命的疾病,通常伴随着强烈的炎症。鞘脂是一大类分子,它们发挥结构和信号传导作用(Aguilera-Romeroetal.2014)。鞘脂介质在人类疾病中具有多种作用,部分研究结果强调了神经酰胺类鞘脂在慢性阻塞性肺病(COPD)和囊性纤维化(CF)典型肺死亡中的作用(Grassmeetal,2013;Petrache,Petrusca,2013)。
MALDIMSI可以监测药物治疗肺部疾病成功与否,如神经酰胺合成抑制剂多球菌素(Myr)。鞘脂神经酰胺是一种已知的炎症介质,据报道其在不同类型的肺气肿、慢性阻塞性肺病和CF发炎肺中积聚。CF是由氯离子通道的突变引起的,并且与呼吸道的过度炎症和对持续感染的高度易感性有关。之前已经证明,从头神经酰胺合成在肺部炎症中得到增强,并在CF小鼠模型中维持铜绿假单胞菌肺部感染。在AnnaCaretti等人研究中,使用基质辅助激光解吸/电离(MALDI)成像等技术证明:(i)肺泡中上调的神经酰胺合成与肺泡感染和炎症密切相关;(ii)神经酰胺合成抑制剂多球菌素Myr的纳米载体递送可以特异性靶向肺泡神经酰胺(C16);(iii)Myr能够下调促炎LPC,有利于抗炎PC的增加。从而得出结论,Myr调节肺泡脂质环境,减少过度炎症并有利于CF小鼠模型中的抗微生物有效反应。(AnnaCarettietal,2017)
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神经酰胺在不同处理小鼠肺中的分布(AnnaCarettietal,2017)
视网膜中存在的脂质非常独特,在视网膜功能和疾病中起着至关重要的作用。视网膜是一种富含PUFA的组织,其中DHA(22:6)(22个碳原子和6个双键)约占感光器中脂肪酸的50%。这种大量的DHA会形成高度流动的膜,从而允许在光转导过程中视紫红质及其相关G蛋白发生有效的构象变化。视黄醛脂质的另一个独特特征是含有大量酯化到甘油主链上的PUFA的磷脂,其中一条非常长的链(24-36个碳)(VLC-PUFA)位于sn-1位置,而DHA在sn-2位置。VLC-PUFAs在视网膜中的功能重要性尚不清楚,但VLC-PUFAs在年龄相关的黄斑变性(AMD)视网膜中减少,并且已提出VLC-PUFAs在光转导调节和感光器存活中的关键作用(KarinAZemskiBerryetal,2014)。
视网膜磷脂也在视觉周期和全反式视网膜向11-顺式视网膜的转化中发挥重要作用,如神经酰胺。神经酰胺是引发氧化应激诱导的感光细胞和RPE细胞凋亡的关键介质,其产生可能导致多种视网膜疾病,包括色素性视网膜炎和AMD(16-19)。
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MALDI-MSI研究人眼组织中PI、PS和PE脂质分布
(KarinAZemskiBerryetal,2014)
通过上述内容,可看出脂质空间分布改变与健康及疾病发展息息相关,因此使用空间代谢组研究疾病病理过程脂质分布改变意义重大,并且已有很多相关文章发表。迈维可提供脂质组与空间代谢组服务,以协助客户更好的研究疾病。
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