大連化物所研制高分辨率質譜成像新方法，單細胞水平解析細胞凋亡過程

近日，我所生物分子結構表征新方法研究組（1822組）王方軍研究員團隊和化學反應動力學全國重點實驗室基元反應動力學研究組（1111組）肖春雷研究員團隊，聯合廈門大學杭緯教授團隊、深圳先進光源研究院殷志斌副研究員等，發展了一種基于單模光纖像傳遞的高空間分辨率質譜成像（MSI）儀器和方法。該技術空間分辨率達到800 nm，實現了在單細胞水平上解析藥物誘導細胞凋亡過程中的脂質代謝異質性。

細胞凋亡的調控失常是腫瘤發生的標志性事件之一，多種抗癌藥物通過與細胞膜相互作用觸發腫瘤細胞凋亡。在此過程中，細胞膜微環境的變化及代謝重編過程可通過脂質組學進行精確表征。但由于單細胞尺寸小且群體內部脂質組成差異大，傳統液相色譜-質譜聯用（LC-MS）技術僅能獲取細胞群體的平均組分信息，難以揭示單細胞水平的脂質異質性特征。

針對上述挑戰，在本工作中，合作團隊從儀器創制與質譜成像方法兩方面提出了系統的解決方案。在儀器創制方面，團隊利用單模光纖對激光模式的過濾特性，結合自主設計的像傳遞光學系統，研制了新型高空間分辨率激光解吸電離源。該裝置在保持大于25 mm長工作距離（有效避免光纖污染）的條件下，實現了約800 nm的空間分辨率。在此基礎上，團隊搭建了反射式飛行時間質譜儀，質量分辨率超過10000，可用于鼠腦組織切片及單細胞的高分辨質譜成像。在質譜成像方法方面，團隊將高分辨MSI、細胞形態學分析與LC-MS技術深度融合，建立了一套可同時獲取平均組分與單細胞形貌特異性脂質數據的新方法。團隊將該方法用于多種藥物誘導的HeLa與HepG2細胞凋亡過程研究，揭示了藥物作用引發的脂質代謝具有劑量與時間依賴性，并在多藥處理模型中構建了藥物特異性的單細胞脂質指紋圖譜，反映了不同藥理機制在脂質代謝層面的差異。

相關成果以“Single-Mode Fiber Image Relay Mass Spectrometry Imaging Reveals Lipid Heterogeneity during Drug-Induced Apoptosis”為題，發表于《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。該工作的第一作者是廈門大學博士研究生蔣毅與我所冷宜昕助理研究員。上述工作得到國家自然科學基金等項目的支持。（文/圖 冷宜昕）

文章鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c00600