8-9月空间代谢组研究速递：技术革新与应用趋势

空间代谢组学研究近期又有新进展，本文将带你解读最新文献，了解空间代谢组最前沿的研究方向。

方向一：空间代谢组方法学创新

1. 空间定量代谢组学检测方法揭示脑卒中后大脑代谢重塑

Nat Metab. 2025 Sep;7(9):1791-1800. doi: 10.1038/s42255-025-01340-8

方法：利用¹³C标记酵母提取物作为通用内标，在基质喷涂前喷涂于组织切片表面，使用timsTOF flex MALDI-2质谱仪在负离子模式下进行检测。

主要结果：在小鼠脑组织中同时定量了8类脂质的146个脂质分子，以及131个代谢产物。将该方法应用于小鼠脑卒中模型，首次发现组织学完整的同侧皮层存在显著代谢重编程：卒中7天后，该区域神经保护性赖氨酸上升而谷氨酸下降；至28天，二者虽恢复基线，但易损性代谢前体UDP-GlcNAc与亚油酸持续低水平，提示该区域存在长期潜在有害的代谢重塑。而仅靠传统的归一化策略无法识别这些关键差异。

总结与展望：该定量方法可拓展到其他基质、其他质谱成像方法中，为空间代谢组学研究建立了新标准，显著提升分析准确性并有效降低批次效应，为其在生物医学研究和临床诊断中的应用奠定了坚实基础。

2. HT SpaceM：一种高通量、可重复的单细胞小分子代谢组学新方法

Cell 2025, 188, 1–16 doi.org/10.1016/j.cell.2025.08.015

方法：HT SpaceM方法通过整合三大创新模块实现了单细胞代谢组学技术突破：首先采用激光蚀刻载玻片与可拆卸多孔室设计，支持单张载玻片并行处理40个样本、每个样本捕获500-1000个细胞；其次通过标准化流程完成细胞固定、染色及形态学表征；最后结合MALDI成像质谱与图像配准技术，将细胞轮廓与激光标记精准对齐，建立覆盖质量控制、结构验证及功能分析的统一框架，成功实现单细胞分辨率代谢物检测。

主要结果：HT SpaceM技术成功实现135种代谢物的单细胞检测，其中101种精准关联KEGG通路。与LC-MS/MS对比验证54%代谢物，数据可靠性高。单次分析通量达78500细胞，重复性优异（多数CV≤20%）。共培养实验显示其单细胞分辨率卓越（分类准确率0.81），成功应用于癌症细胞系分型及药物扰动下代谢异质性研究，揭示葡萄糖网络重构及耐药亚群特征，成为单细胞代谢研究的强效工具。

总结与展望：HT SpaceM技术突破了小分子检测瓶颈，实现了从氨基酸到核苷酸等关键代谢物的单细胞全景分析，并将该技术推向量化、可重复的规模化研究阶段，为生命科学研究和精准医疗开辟了全新维度。

方向二：空间代谢组在临床疾病机制研究中的应用

1. 整合空间蛋白组学与空间代谢组学揭示骨关节炎进程相关的滑膜炎内型

Theranostics. 2025 Aug 30;15(18):9729–9741. doi: 10.7150/thno.117788

方法：采用MALDI质谱成像技术获取空间代谢组图谱，与微流液相色谱技术的空间蛋白质组数据形成互补，基于空间数据集构建了人膝骨关节炎异质性滑膜炎症的伪时间轨迹。

主要结果：通过对空间多组学数据集中的3534种蛋白质及79种能量代谢物进行聚类分析，揭示了骨关节炎滑膜炎症的四个独立功能阶段（静息期、微血管病变期、纤维化前期及纤维化后期），据此成功构建了对应阶段的伪时间轨迹。网络分析阐明了各阶段间的功能关联，凸显出从内皮损伤、微血管血栓形成到肌成纤维细胞活化的免疫-代谢轴心机制。

总结与展望：本研究建立的整合多组学成像方法精准解析了骨关节炎炎症内型，证实了滑膜纤维化的血管源性病因，为开发更精准的治疗策略提供了机制见解。在更大规模、经严格分层的患者队列中进行验证，将对研究结论的完善与临床转化起到关键推动作用。

2. 时空脂质组学揭示阿尔茨海默病进展期间小鼠脑脂质代谢失调

Journal of Advanced Research, 2025, ISSN 2090-1232, https://doi.org/10.1016/j.jare.2025.08.044

方法：采用常压质谱成像技术，结合免疫荧光成像，系统分析了APP/PS1小鼠阿尔茨海默病（AD）进展过程中的空间脂质组变化及代谢酶活性改变。

主要结果：本研究揭示AD模型小鼠海马与丘脑区域存在显著的脂质组重塑，具有年龄与区域特异性的88个脂质分子主要富集于鞘脂、甘油脂及甘油磷脂代谢通路。特别在老年AD小鼠白质区观察到己糖基神经酰胺显著下调，该现象与ARSA水平下降介导的硫酸酯-己糖基神经酰胺通路抑制密切相关。此外，症状前期即出现的甘油二酯上调及其与磷脂酰胆碱的比值变化，与磷脂酶C表达呈强相关性，提示Aβ诱导的PLC活化可能是其潜在调控机制。

总结与展望：本研究为AD机制解析提供了更全面的时空与化学维度视角，为早期诊断优化和治疗策略开发提供了新思路。

方向三：空间代谢组在生命科学领域的应用

1. 空间代谢组学解析污染物甲氧氯通过区域特异性代谢紊乱引发小鼠脑区神经毒性

J Hazard Mater. 2025 Aug 18;497:139601. doi: 10.1016/j.jhazmat.2025.139601.

方法：利用MALDI-MSI与脂质组学、代谢组学的空间分子分析平台，探究小鼠脑组织中的区域特异性神经毒性机制。通过90天暴露实验，定量分析不同脑区中甲氧氯（MXC）的蓄积水平，并结合空间成像与组学技术解析其分子效应。

主要结果：研究发现MXC在小鼠中脑区域的蓄积量（0.069 ng/mg）达到纹状体的4倍。空间脂质组学分析显示中脑与纹状体分别呈现硫酸酯和甘油磷脂的差异性紊乱模式。机制研究表明MXC通过抑制线粒体复合物I诱发区域特异性应激反应：纹状体激活有效抗氧化防御，而中脑则出现代偿不足并引发过度神经炎症。代谢组学进一步揭示两脑区均存在能量代谢障碍与多巴胺合成受损，其中多巴胺水平显著下降但代谢模式呈现相反特征。

总结与展望：本研究通过空间分子证据揭示MXC经由靶向线粒体引发区域特异性神经毒性，阐明了不同脑区对污染物的差异易感性。所建立的新型分析框架为环境神经毒物评估提供了重要技术平台，也为加强持久性有机污染物的监管策略提供了科学依据。

2. 胚芽特异性甘油三酯作为营养特色品种中资紫米真实性鉴定的潜在生物标志物

J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2025, 36, 10, 2094–2102. doi.org/10.1021/jasms.5c00114

方法：本研究采用多模式质谱策略：MALDI-MSI进行空间分析，高分辨质谱（HRMS）进行标志物初筛，并借助大气压化学电离-高分辨串联质谱（APCI-HRMS/MS）完成结构验证。

主要结果：本研究在中资紫米中鉴定出7种胚芽特异性累积的甘油三酯（TAGs），包括TAG(16:0/16:0/18:2)等富含不饱和脂肪酸的组分。这些TAGs在普通紫米、黑米和糙米中均未呈现类似的空间分布特征与信号强度。其高不饱和度赋予该品种优异的脂质水解效率、氧化稳定性及代谢健康价值。基于胚芽特异性分布规律，这些TAGs可作为理想生物标志物，用于中资紫米的真实性鉴别与掺假检测。

总结与展望：本研究通过空间成像与结构验证的融合策略拓展了谷物脂质组学的研究边界，不仅阐明脂质在驱动全谷物营养效益中的关键作用，更为产业中的品质监管与产品溯源提供了切实可行的技术方案。

近期空间代谢组学在方法学、疾病研究和应用拓展三个维度实现重要突破。定量技术与单细胞分析方法的创新，推动该领域从定性描述迈向精准量化新阶段。这些进展不仅深化了对各类临床疾病的机制理解，更在环境监测、食品科学等领域展现出巨大应用潜力，标志着空间代谢组学正成为生命科学研究的关键支撑技术。

汇健科技提供领先的空间代谢组学解决方案，依托质谱成像平台与深度学习分析系统，支持类器官药物筛选、肿瘤免疫微环境解析等研究，为药物研发与精准医疗提供强大技术平台。

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