原位代谢组学分析方法与应用进展

　　2015年10月17日，第二届全国质谱分析学术报告会在浙江大学紫荆港校区体育馆盛大开幕，在5位院士的精彩报告后，多位学者做了高水平的大会报告。

中国医学科学院/北京协和医学院药物研究所、中央民族大学再帕尔·阿不力孜教授：原位代谢组学分析方法与应用进展

　　中国医学科学院/北京协和医学院药物研究所、中央民族大学再帕尔·阿不力孜教授做题为《原位代谢组学分析方法与应用进展——小分子标志物的发现与原位表征》的报告。课题组将代谢组学与质谱分子成像技术整合，包括：（1）基于LC-MS技术的高通量代谢组学分析方法。（2）发展新型敞开式离子化（AFAI或AFADESI）质谱技术，构建AFAI-MSI质谱成像技术平台。（3）整体动物体内药物分析的质谱成像新技术与新方法。（4）代谢组学与质谱成像技术相结合，提出并发展基于AFAI-MSI技术的“成像代谢组学分析新方法”，并应用于药物体内整体、原位分析及药效或毒性机制研究；临床（肿瘤）病理分子诊断手段的研发。构建的代谢组学的研究体系为：（1）样品前处理；（2）数据采集；（3）数据处理；（4）生物学阐述。课题组搭建了基于LC-MS的代谢组学高通量分析方法与技术平台，主要贡献包括：建立“组合式”离子化方式的代谢组学LC-MS/MS分析方法；建立模式识别与代谢相关性网络分析相结合的“整合式”数据挖掘与处理的代谢组学研究方法；建立非靶向与靶向代谢组学相结合的LC-MS分析方法。研究发表在MCP、AC、J.Proteome Res.、Analyst等一系列期刊上。

　　接下来再帕尔.阿布力孜主要讲述了将质谱检测与影像技术相结合的新型分子影像研究手段，质谱分子成像（MSI）技术。质谱成像有多种技术，包括高真空质谱成像（如SIMS、MALDI-MS、纳米结构启动质谱NIMS）；以及常压敞开式质谱成像（如DESI-MS、低温等离子体LTP-MS、空气动力辅助离子化质谱AFAI-MS、辅助方式的大气压下的激光解析离子化）。AFAI-MSI是再帕尔.阿布力孜与清华大学精仪系合作的一个项目，特点为：（1）无需在高真空系统中操作，使用方便，尤其有利于大体积远距离样品的检测；（2）兼容多种类型的质谱仪，可获得更全面、丰富的信息；（3）无需复杂的样品前处理，可实现快速检测。AFAI-MSI主要用于整体动物体内药物分析的质谱分子成像技术，分析药物在整体动物体内的原位及动态变化特征，药物和内源性代谢物在时间、空间上的动态变化和相互影响等方面。该方法不使用同位素或荧光标记，不使用基质，为药物靶向、药效与毒理机理研究提供了新的直观方法。

　　将AFAI-MSI技术与代谢组学方法相结合，发展成像（原位）药物代谢组学新方法，并成功用于镇静催眠候选新药（NHBA）的作用机制研究。掌握了NHBA的体内分布特征及作用特点，获得NHBA干预下发生明显变化，且与睡眠觉醒作用密切相关的6个内源性代谢物，发现与NHBA镇静催眠作用机理或调控作用密切相关的功能小分子。该方法可以了解药物干预下的分子轮廓变化，为阐明药物或候选新药的药效作用机制提供整体、全面、原位的分子信息以及新颖的直观研究手段。

　　成像代谢组学分析方法的特点与优势包括：注重药物与biomarker的体内分布及原位信息的相关性，可同时对多种分子进行原位可视化分析，获取具有空间分布特征、时空动态变化的综合分子轮廓信息，从而实现分子信息、生物学信息与组织形态学信息的高度关联分析。该方法有利于获取药物对疾病生理网络中小分子代谢物的干预或调控作用信息，为药物作用机制或毒理的阐释、个体化药效或毒理作用的预测提供重要依据和丰富信息。从而有望为药物作用分子机制或毒理机制、甚至多靶点或靶点不明确候选新药的研究，提供新颖、直观的分析手段。课题组应用该方法，正在发展临床肿瘤分子病理诊断方法，有望提供新颖的、免标记、快速筛查、分子病理诊断的直观手段。并已用该方法开展了对乳腺癌、肺癌、甲状腺癌的研究。

　　最后再帕尔.阿布力孜对其研究的技术AFAI-MSI成像代谢组学方法作了展望，AFAI-MSI技术可获得全面药物及其代谢物的体内分布，吸收等信息，为药物或候选新药的靶向、药效与毒理机理研究提供一种直观方法。成像代谢组学方法可对药物的药理活性及潜在毒性进行直观、重要的预测，并提示药物作用分子机理，有望发展成为药物研发领域的新型手段。成像代谢组学方法可实现生物标志物的原位筛查和可视化表征；并结合分子病理学研究，该质谱成像技术有望发展成为一个新型的分子诊断工具。