引言

空間蛋白質組學（spatial proteomics）被Nature Methods雜志評為 “2024年度技術”，為蛋白質組學在精準醫療中的應用提供了有力的空間信息支撐。這一技術在揭示復雜組織結構方面發揮著關鍵作用，幫助我們深入了解生物分子、細胞、組織、器官和生物體如何連接、組織和發揮功能，成為推動健康與疾病研究的重要工具。

基于MALDI的質譜成像技術（MALDI-MSI）在拓展空間多組學領域的應用具有極其重要的意義，MALDI-MSI技術能夠實現生物樣本的高分辨率質譜成像，空間分辨率最高可達5μm，能夠同時檢測多種分子，包括小分子代謝物、脂質、多肽、蛋白質等。這種高分辨率和多分子檢測能力使得MALDI-MSI成為研究生物組織中分子空間分布和相互作用的強大工具。

圖1：基于MALDI的空間多組學技術

圖2：糖基化成像技術揭示糖苷的在腫瘤組織區域的特異性

美國南卡羅萊納醫科大學的Richard Drake教授及其課題組開拓性地實現了在組織上對PNGase釋放的聚糖進行成像[1]，檢測到豐富的聚糖信號，且不同聚糖的分布和病理狀態具有高度相關性。Veli?kovi?等優化了PNGase原位酶解的孵育條件，測試了各種鹽的飽和溶液對酶解產率的影響，發現在保持89%相對濕度的飽和KNO₃溶液中能獲得最佳性能。最后，他們利用MALDI技術對腎切除組織切片進行質譜成像分析，在35μm的空間分辨率的情況下，實現了高達100個聚糖信號的注釋[2]。這充分顯示了MALDI質譜成像在空間糖組學研究方面的優越性，它必將成為空間糖組學的 “研究利器”。

圖3. 直腸癌組織中6種N-糖的MALDI空間成像結果。通過MALDI成像實驗，從結直腸癌標本原位可以檢測到幾百個N-糖分子信號，其中超過100個N-聚信號與布魯克的N-聚糖數據庫相匹配。圖中的6種N-糖分子在腫瘤的區域具有顯著的高表達，其中在腫瘤細胞表面呈現高表達的是高甘露糖分子。

圖4. 直腸癌組織的N-聚糖成像和H&E染色的共定位分析結果。m/z 2053.815對應的四元N-糖主要分布于結腸癌的粘液瘤區域，而 m/z 1688.647對應的平分型N-乙酰葡萄糖胺則主要存在于上皮隱窩細胞區域，與文獻報道結果相一致[3]，而m/z 2122.810和m/z 2448.852的聚糖主要存在于腫瘤基質區域。此外，更復雜的巖藻糖基化 N-糖分子（m/z 2742.983）與典型的B細胞標記物CD20呈現出“空間共定位”的特征。

布魯克質譜空間糖組學解決方案

鑒于聚糖成像在疾病，尤其是腫瘤的發生、發展及預后研究中的重要作用，布魯克公司生命科學質譜部開發了基于MALDI成像技術的完整空間糖組學解決方案，該方案不僅包含了用于常規質譜成像的質譜儀(包括neofleX, rapifleX, MRMS, timsTOF fleX, timsTOF fleX MALDI-2等)、成像采集軟件(flexImaging)、成像數據統計分析軟件(SCiLS Lab)、糖蛋白分析軟件(Biopharma Compass)、基質噴霧儀、基質(MALDI fleXmatrix)、導電載玻片(IntelliSlides)等，為客戶迅速建立空間糖組學實驗流程提供了強有力的保障。

圖5. 多組學與空間組學一體化平臺

參考文獻

[1] Colin T. McDowell, Xiaowei Lu, Anand S. Mehta, Peggi M. Angel, Richard R. Drake, Applications and Continued Evolution of Glycan Imaging Mass Spectrometry, Mass Spectrometry Review, 2023 42(2), 674–705

[3] Drake RR, Powers TW, Jones EE, Bruner E, Mehta AS, Angel PM (2017), Adv Cancer Res, 134:85. https://doi.org/10.1016/bs.acr.2016.11.009.