综述 | MALDI质谱成像技术在药用植物研究中的应用

植物具有高度复杂的空间代谢网络，合成了种类繁多、数量庞大、功能各异的次生代谢产物，主要包括多酚类、生物碱类、萜类、聚酮类化合物。目前已从各种植物中发现多达200000种次生代谢产物，这些结构特异和数量庞大的天然产物成为了创新药物、药物候选结构和先导结构的重要来源。

质谱成像技术 (mass spectrometry imaging, MSI) 是近年来受到极大关注的一种新型的分子成像技术。通过原理与构造各异的离子化探针扫描样本，实现样品中待测物的原位解吸/电离，并传输到质谱中进行检测，获取与样本空间位置关联的质谱图集合。

随着MALDI技术的不断发展，在脂质、小分子代谢物和药物小分子的原位分析中得到了越来越多的应用，目前MALDI-MSI最高空间分辨率可达1.4µm。MALDI-MSI是目前应用最为广泛的MSI技术，在包括疾病标志物的发现、肿瘤组织病理特征、药物及其代谢产物组织分布等研究领域受到了高度的关注。

本文重点介绍了MALDI-MSI技术及其在药用植物次生代谢产物研究中的应用，并对其应用前景做了总结与展望，以期为药用植物次生代谢产物的生物组织分布、累积规律、合成途径等研究以及药用植物质量评价提供多维度的科学依据。

基质辅助激光解吸/电离 (matrix-assisted laser desorption/ionization, MALDI) 质谱成像 (mass spectrometry imaging, MSI) 技术是一种新型分子成像技术，具有免标记、高覆盖、高灵敏度等优势，被广泛应用于蛋白质、多肽、小分子代谢物的组织分布研究。

该技术在研究药用植物化学成分组织分布方面展现出了极大的应用价值。本文首先介绍了MALDI-MSI技术的基本原理、样品制备方法以及基质的选择和喷涂。综述了MALDI-MSI在药用植物次生代谢产物的组织空间分布和累积规律研究中的应用。MALDI-MSI技术作为新兴的分子成像技术, 能够可视化分析药用植物中多种次生代谢产物组织分布, 为阐明药用植物活性物质的合成途径、转运过程以及累积部位提供了科学、直观的判断依据。

图1 植物组织MALDI-MSI的典型工作流程

MALDI-MSI最早由Spengler等和Caprioli等于20世纪90年代提出，随后该技术得到了极大关注和快速发展，成为了目前最为常用的MSI技术之一。根据离子源真空度的不同，MALDI-MSI可分为真空MALDI和大气压MALDI(AP-MALDI)。真空MALDI需将干燥后的样品放入高真空状态的腔体内，经激光照射完成成像分析，而AP-MALDI则是将样品直接放置于常压环境中进行分析。与真空MALDI相比，AP-MALDI操作较简便，增加了离子稳定性，减少了化合物裂解，可使用液体基质，不用担心基质在真空升华等优势。

MALDI-MSI实验由3个基本部分构成：样品制备、质谱数据采集、数据读取和质谱图像的生成。其中，样品制备是获得高质量质谱成像图的关键步骤，组织取样方法、切片完整度、厚度以及基质的选择和喷涂等都会对结果产生明显的影响。植物组织自身特点决定了其样品制备方法的难易程度。相比富含脂肪的动物组织样本，很多植物样本质地坚硬，含水量高，木纤维多，对其冷冻切片的制备提出了较高要求。

AP-MALDI-MSI技术在药用植物研究中获得了越来越多的认可，为研究药用部位中药效物质的组织分布，合成、转运和累积以及药材的鉴定、品质评价、采收加工等方面提供了新技术、新方法。由于植物组织本身的特点，需要开发更加完善与更具针对性的样品制备方法，筛选具有高特异性的基质，提高植物中微量、痕量次生代谢产物的检测。随着MALDI-MSI技术的发展和完善，将在药用植物研究中展现更多的可能性和更广阔的应用前景。