汇健科技 | 空间代谢组学:空间脂质组panel赋能精准医疗
日期:2025-08-25
来源:汇健科技
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脂质是细胞膜的主要成分和信号分子,在代谢调控、炎症反应及细胞通讯等生理病理过程中发挥关键作用。脂质组学作为代谢组学的重要分支,在疾病的发生、发展及治疗研究中具有重要意义。随着分析技术的进步,研究发现特定疾病往往伴随特征性脂质代谢异常。此外,临床血样代谢组学分析表明,脂质检测稳定性显著优于多数代谢物,使其在肿瘤、传染病和神经系统疾病等领域成为极具潜力的生物标志物。空间脂质组学通过整合质谱成像、高分辨率质谱及生物信息学分析,实现对组织微环境中脂质分子的"定性、定量、定位"三位一体的解析。本文重点介绍几种特征性脂质panel与特定疾病的关联,为疾病机制研究和临床诊断提供新视角。
图1 八类脂质代表分子结构示意图
1. 磷脂酰胆碱与肺组织
ACS Nano. 2022, 26;16(4):6916-6928.
磷脂作为细胞膜的主要构成成分,在细胞生物学中扮演着核心角色。历史研究证实,肺泡细胞表面富集的磷脂酰胆碱(PC)总量及其单不饱和/饱和PC比值在肺癌与正常组织间存在显著差异。通过空间脂质组学进行癌症诊断,在筛选特征脂质和机器学习算法的基础上,构建预测模型来区分非小细胞肺癌组织与邻近正常组织,队列的准确率接近100%,并且可挖掘出一系列与SCD1酶相关的PC特征脂质分子。这些发现为肺癌的分子分型诊断、预后评估及个体化用药策略制定提供了新的科学依据。
2. 硫苷酯与脑组织
npj Parkinson's Disease. 9(1), 118.
在中枢神经系统中,硫苷脂是髓鞘中最主要的硫代糖鞘脂,在髓鞘维持、旁结区的形成、神经传导等多方面起着关键作用。硫苷脂的酰基链长度的变化以及神经酰胺部分的差异(如羟基化修饰)对中枢神经系统的精确功能至关重要。脑内MPTP代谢生成的神经毒素MPP+会破坏人类与非人灵长类黑质致密部的多巴胺能神经元,从而引发永久性帕金森病样症状。对MPTP损伤组与对照组的猕猴脑冠状切片进行成像发现:基于链长、双键数量及关键羟基化程度的不同,硫苷脂分子呈现特异性分布,尤其在运动相关的脑区有明显变化。
3. 脂肪酸、磷脂与胃组织
Nature Communications. 2023, 14:2692.
脂代谢重编程已被广泛认为是肿瘤细胞的标志性特征,为满足生物膜合成和能量物质生成的需求,肿瘤细胞通常会上调其脂质生成和脂肪酸氧化过程。联合空间代谢/脂质组学和空间转录组学研究异质性胃癌组织中脂肪酸合成通路的变化,发现饱和脂肪酸仅在肿瘤组织中上调,多不饱和长链脂肪酸在肿瘤和淋巴组织中均上调。磷脂在异质性胃癌组织中具有特异性分布:淋巴组织中饱和磷脂分布显著上调;肿瘤、上皮及肠化生组织中单不饱和磷脂高表达;多不饱和磷脂在肿瘤与淋巴组织中协同变化。这些发现实现了从分子空间定位到功能机制阐释的完整研究闭环,为深入理解肿瘤分子机制提供新视角。
4. 脂肪酸、磷脂、硫苷酯与肝组织
Anal. Chem. 2019, 91, 10376−10380.
Small Methods 2024, 2301644.
历史研究显示脂肪酸、磷脂酰肌醇(PI)的上调与脂质的从头合成途径密切相关,这种从头合成途径也被认为是癌症发生的标志之一。因此,检测肝癌组织的空间脂质组学,可以用脂肪酸和PI作为主要特征分子高分辨判别肝癌肿瘤组织边缘,相邻不饱和脂质的“双峰”比值异常也预示着原发性肝细胞性肝癌与异常的亚油酸代谢和花生四烯酸代谢有关,其可以作为潜在的生物标志物和未来的治疗靶标分子。硫苷脂作为脂筏的重要脂质组分,在肝脏中特异性分布于胆管系统,且已被证实与多种癌症的发生发展相关。因此检测肝癌组织的空间脂质组学,筛选特征分子高效区分肝细胞性肝癌(HCC)、肝内胆管细胞性肝癌(ICC)和肠癌肝转移肿瘤组织(MLC),特征分子多为磷脂酰乙醇胺PE和硫苷酯。该方法可为术中快速诊断和术后精准分型提供全新策略。
除此以外,其他类型的组织也有各自相关的特征脂质类型,可以用于组织内不同结构的区分或用于疾病分子机制的研究。
表1 不同组织类型的特征脂质类型或panel
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汇健科技 | 空间代谢组学:精准定位代谢时空密码,赋能精准医学新突破
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