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AFADESI-MSI是一種新型的常壓敞開(kāi)式離子化技術，無(wú)需放射性同位素或熒光标記，通過(guò)與高分辨質(zhì)譜儀聯(lián)機使用，可直觀反映目标分子或者未知化合物分子在生物體内的原位代謝信息，能夠解決具有空簡(jiǎn)分布差異或者結構差異相關的生物學(xué)問(wèn)題。該技術借助于高速的空氣流，實(shí)現了離子的遠距離傳輸，擴展了待測樣品的檢測空簡(jiǎn)和靈活性，靈敏度可達pg級别，動(dòng)态範圍達到三個(gè)數量級，覆蓋1500個(gè)化合物，如膽堿類(lèi)、多胺類(lèi)、氨基酸類(lèi)、肉堿類(lèi)、核苷類(lèi)、核苷酸類(lèi)、有機酸類(lèi)、碳水化合物類(lèi)、膽固醇類(lèi)、膽酸類(lèi)、脂質(zhì)類(lèi)等多種類(lèi)代謝物。
中國醫學(xué)科學(xué)院藥物研究所天然藥物活性物質(zhì)與功能國家重點實(shí)驗室再帕爾·阿不力孜、賀玖明團隊在分析化學(xué)一區《Analytical Chemistry》期刊發(fā)表封面文章，題爲“Mapping Metabolic Networks in the Brain by Ambient Mass Spectrometry Imaging and Metabolomics”的研究成果，采用自主研發(fā)的AFADESI-MSI技術，建立了一種高靈敏空簡(jiǎn)代謝組學(xué)方法，實(shí)現了大鼠腦組織中多種類(lèi)極性内源性代謝物的高覆蓋成像，結合代謝通路分析，全面繪制腦代謝網(wǎng)絡圖譜，揭示了東莨菪堿緻大鼠記憶功能障礙模型的代謝改變及其腦微區分布特征。（文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c00467）
大腦功能與其複雜的微區結構密切相關。研究腦中分子變化有助于理解中樞神經(jīng)系統疾病的發(fā)病機制，推動(dòng)藥物研發(fā)。質(zhì)譜成像(MSI)技術具有高靈敏、方便、省時(shí)以及免标記的優勢，已成爲繪制蛋白質(zhì)、代謝產(chǎn)物和脂質(zhì)圖譜的強大工具，但高通量成像表征腦中的極性小分子代謝物仍具挑戰。本文對課題組研發(fā)的空氣動(dòng)力輔助離子化質(zhì)譜成像（AFADESI-MSI）平台進(jìn)行了優化，應用空簡(jiǎn)分辨代謝組學(xué)繪制了大鼠腦代謝網(wǎng)絡。
SD大鼠腹腔注射2 mg/kg東莨菪堿（給藥組、對照組各3隻），安樂死後取出大腦，用冷凍切片機制成20 μm厚的矢狀切片，相鄰的大腦切片進(jìn)行H&E和Nissl染色。
SD大鼠腹腔注射2 mg/kg東莨菪堿（給藥組、對照組各3隻），安樂死後取出大腦，用冷凍切片機制成20 μm厚的矢狀切片，相鄰的大腦切片進(jìn)行H&E和Nissl染色。
原始數據轉換後應用MassImager軟件進(jìn)行可視化。将光學(xué)圖像精準匹配感興趣區域的離子強度，獲取差異代謝物信息。通過(guò)在線(xiàn)數據挖掘工具Metaboanalyst完成了代謝物的高通量注釋。Cyctoscape用于可視化大腦中的複雜網(wǎng)絡。
兩組大腦樣本選擇相同的微區進(jìn)行組織學(xué)特征性離子圖像疊加，采用t檢驗(n = 3)進(jìn)一步驗證數據處理結果。
研究通過(guò)優化實(shí)驗确定ACN / H2O（8:2）作爲理想的噴霧溶劑。圖像中小腦小葉簡(jiǎn)隔（約爲78.0 μm）清晰可見(jiàn)，表明AFADESI-MSI的實(shí)際空簡(jiǎn)分辨率小于100 μm。此外，成像結果顯示質(zhì)量差爲30ppm的兩種代謝物可以得到明顯分離，檢測的動(dòng)态範圍高達1000倍。如圖所示，通過(guò)AFADESI-MSI獲得的一些具有代表性的代謝物，離子強度從0~106，其分布特征與腦功能結構高度一緻。
圖1. AFADESI-MSI和代謝組學(xué)繪制大鼠大腦代謝網(wǎng)絡的策略，以及代表性極性内源性代謝物離子圖像。
實(shí)驗通過(guò)AFADESI-MSI在正負離子模式下獲得了298和372個(gè)特征離子圖像。包括氨基酸、核苷酸、碳水化合物、脂肪酸和神經(jīng)遞質(zhì)（NTs）等。結果顯示γ-氨基丁酸（GABA）在中腦、嗅球和下丘腦中信号強度較高；多巴胺（DA）主要集中分布在紋狀體；組胺（HA）作爲一種興奮性NTs集中在丘腦和下丘腦中。松果體在睡眠和光周期調節方面起着重要的作用，由于其體積小容易被忽視。實(shí)驗在該區域檢測到共106種極性代謝物，發(fā)現吲哚乙醛、吲哚、5'-甲基硫代腺苷和褪黑素高表達，且褪黑素上遊代謝產(chǎn)物血清素(5-HT)在松果體中也有特定的分布。
圖2.AFADESI-MSI和MetaboAnalyst獲得的大鼠腦中的代謝網(wǎng)絡。
研究将光學(xué)圖像和MSI圖像進(jìn)行精确疊加，從大腦微區中提取代謝圖譜進(jìn)行代謝網(wǎng)絡重構。圖中顯示了包括谷氨酸代謝、花生四烯酸代謝、葡萄糖代謝、嘌呤代謝、三羧酸循環(huán)等在内的代謝途徑。這些信息有助于在系統水平上深入了解大腦的代謝活動(dòng)。如圖3A所示，嘌呤代謝中，AMP和GMP在大腦皮層和松果體中高表達，但在胼胝體和穹隆中強度較弱。這些結果表明，代謝物的分布在大腦中表現出功能區域特異性。
圖3.AFADESI-MSI獲得大鼠腦内嘌呤代謝途徑及相關代謝產(chǎn)物分布(A)和AMP在大鼠腦各層的分布(B)。
如圖展示了NTs及其相關代謝物在大鼠腦内的分布特征和聯(lián)系。結果表明代謝物在腦微區結構中的代謝速度是可變的，并定義了區域内穩态的條件。如組氨酸作爲組胺（HA）的前體在松果體中分布稍高，而HA僅在丘腦和下丘腦中觀察到；HA代謝下遊產(chǎn)物甲基組胺在丘腦和下丘腦中的分布比HA更廣泛，從而進(jìn)一步證明了代謝網(wǎng)絡的區域多樣性和複雜性。
圖4.(A)神經(jīng)遞質(zhì)及其相關代謝物在大鼠腦中的分布;(B)神經(jīng)遞質(zhì)調節和代謝網(wǎng)絡。
研究應用AFADESI-MSI分析了對照組和東莨菪堿治療的大鼠腦矢狀切片。顯示了差異代謝物在不同腦微區的含量，如N-甲酰犬尿氨酸、L-色氨酸和5-HTP這三種代謝物同屬于色氨酸代謝通路，表明東莨菪堿擾亂了腦區色氨酸代謝過(guò)程或相關代謝物的區域簡(jiǎn)轉運。此外，NTs調節網(wǎng)絡也受到了幹擾，腦導管内HA和甲基組胺升高， GABA、Glu、谷胱甘肽也發(fā)生變化。對給藥組大腦的10個(gè)微區進(jìn)行了分析，結果在腦橋中發(fā)現16個(gè)異常代謝物，而在大腦皮質(zhì)中發(fā)現7個(gè)異常代謝物，表明腦橋和大腦皮質(zhì)可能是對東莨菪堿作用最敏感的區域。
圖5.東莨菪堿模型大腦中代謝網(wǎng)絡改變。
如下圖所示，顯示了其中幾種異常表達的代謝產(chǎn)物的分布，如腺嘌呤在小腦皮層發(fā)生顯著下調;HA在腦導水管下調 (圖6A-H)。這些代謝物的相對定量信息進(jìn)一步表明，藥物效應在大腦中具有多樣性和區域特異性。基于空簡(jiǎn)分辨的代謝組學(xué)爲發(fā)現酶或基因異常提供了線(xiàn)索，但要完成完整的代謝網(wǎng)絡分析需要在蛋白質(zhì)和基因水平上進(jìn)一步驗證。
圖6.東莨菪堿治療大鼠學(xué)習記憶障礙腦模型的AFADESI-MSI圖像和代謝物統計結果(n = 3)。
本研究開(kāi)發(fā)了一種針對極性内源性代謝小分子高靈敏、高覆蓋的分子成像方法，通過(guò)AFADESI-MSI空簡(jiǎn)代謝組學(xué)分析，全面繪制了腦代謝網(wǎng)絡及其空簡(jiǎn)分布，無(wú)需衍生化和複雜的前處理，實(shí)現了對NTs、核苷酸代謝物、多胺、肌酸等極性分子的可視化，爲腦中生理、病理和藥理過(guò)程的機制、功能、以及神經(jīng)系統中各區域簡(jiǎn)的相互聯(lián)系提供了線(xiàn)索和代謝網(wǎng)絡調控研究的新視角。本文運用該方法進(jìn)一步研究了東莨菪堿模型腦的微區代謝變化，結合統計分析，揭示了與記憶功能障礙直接相關的代謝通路顯著改變及其微區分布特征。
數據來(lái)源：“質(zhì)譜成像”微信公衆号
中國醫學(xué)科學(xué)院藥物研究所天然藥物活性物質(zhì)與功能國家重點實(shí)驗室再帕爾·阿不力孜、賀玖明團隊在《PNAS》上發(fā)表了一篇題爲“Spatially resolved metabolomics to discover tumor-associated metabolic alterations”的研究論文，采用AFADESI-MSI技術，建立了空簡(jiǎn)分辨的原位代謝組學(xué)方法，并提出一種“下遊代謝物與上遊代謝酶關聯(lián)” 的研究策略來(lái)表征腫瘤代謝改變；結合免疫組化分析驗證，從代謝物和代謝酶兩個(gè)層次和組織原位深入探究食管癌的代謝改變，發(fā)現并可視化表征了食管癌異常的代謝通路及其代謝酶。（文章鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.1808950116）
獨特的代謝模式是腫瘤細胞區别于正常細胞的重要特征，越來(lái)越多的研究表明，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中，腫瘤細胞會(huì)發(fā)生特定譜式的代謝改變以适應腫瘤生長(cháng)。對于不同組織來(lái)源的腫瘤細胞，盡管彼此簡(jiǎn)的基因變異譜千差萬(wàn)别，但是，幾乎所有的腫瘤都需要通過(guò)類(lèi)似的代謝重編程（Metabolic Reprogramming）來(lái)維持其無(wú)限制的細胞增殖。腫瘤代謝的表征能夠爲癌症病理機制研究、腫瘤診療新指标和幹預靶點的發(fā)現提供新的契機。然而，到目前爲止，如何全面的發(fā)現腫瘤的異常代謝，尤其是如何從代謝物和代謝酶兩個(gè)層面上原位地表征腫瘤的異常代謝仍然面臨非常大的困難。
收集256例人鱗片狀食管癌（ESCC）組織标本，包括癌組織、癌旁組織和遠端非癌組織，制成冰凍組織切片。如圖1所示，采用空氣動(dòng)力輔助解吸電噴霧離子化質(zhì)譜成像技術（AFADESI-MSI），采集上述組織中内源性代謝物及其空簡(jiǎn)分布信息；對相鄰切片進(jìn)行HE染色；采用MassImager質(zhì)譜成像數據處理軟件，使質(zhì)譜成像圖與HE染色圖匹配重合，按不同組織類(lèi)型及空簡(jiǎn)分布提取代謝物輪廓信息；使用SIMCA軟件進(jìn)行多變量統計分析，篩選出與腫瘤代謝相關的差異代謝物；根據差異代謝物及其鑒定結果富集分析發(fā)生變化的代謝通路及推測關鍵代謝酶；采用免疫組化方法檢測鎖定的代謝酶表達，進(jìn)一步驗證其與代謝标志物是否具有同樣的空簡(jiǎn)分布特征。
脯氨酸作爲細胞微環(huán)境中的重要氨基酸參與細胞凋亡和自噬，在癌症代謝中的重要作用得到越來(lái)越多的關注。根據256個(gè)食管癌組織樣本的統計數據，癌區脯氨酸離子強度顯著高于上皮和肌肉區(P<0.001，圖2C)。采用免疫組化方法檢測與脯氨酸合成相關的關鍵代謝酶吡咯-5-羧酸還原酶2（PYCR2）在ESCC組織切片中的空簡(jiǎn)表達，發(fā)現PYCR2隻在癌區表達(圖2e)，與食管癌組織中脯氨酸的空簡(jiǎn)分布一緻。
圖2 脯氨酸生物合成途徑中關鍵代謝物和代謝酶的原位分析（A）脯氨酸的質(zhì)譜成像（B）光學(xué)-MSI重疊圖像（C）256例鱗片狀食管癌（ESCC）患者癌組織和相鄰上皮、肌肉組織中脯氨酸水平 ***p<0.001（D）ESCC組織的HE染色圖 （E）不同ESCC組織中PYCR2的表達 CT，癌組織；ET，上皮組織；MT，肌肉組織
尿苷是RNA合成的重要核苷前體，也參與嘌呤核苷酸生物合成和碳水化合物代謝。此外，組織中尿苷的水平對于嘧啶類(lèi)抗代謝藥物的抗腫瘤治療至關重要。研究發(fā)現癌組織中尿苷含量高于上皮組織而低于肌肉組織（P<0.001,圖3 A1和A3），而尿嘧啶的含量在癌組織中顯著升高（P<0.001,圖3 A2和A4），尿嘧啶/尿苷離子強度比（圖3A6）在癌區顯著增加，可以作爲區分癌組織與癌旁正常組織的生物标志物。同樣，免疫組化結果顯示催化尿嘧啶生成尿苷的代謝酶尿苷磷酸化酶1(UPase 1)在癌組織中的表達上調。
圖3A 尿苷代謝途徑中關鍵代謝物和代謝酶的原位分析（A1，A2）尿苷和尿嘧啶的質(zhì)譜成像圖 （A3，A4）256例鱗片狀食管癌（ESCC）患者癌組織和相鄰上皮、肌肉組織中尿苷和尿嘧啶水平 ***p<0.001（A5）UPase 1介導的尿苷轉換爲尿嘧啶的代謝過(guò)程（A6）根據尿嘧啶/尿苷離子強度比值構建的質(zhì)譜成像圖 （A7）癌組織和相鄰上皮、肌肉組織中尿苷和尿嘧啶的強度變化（A8）ESCC不同區域UPase 1的表達 CT，癌組織；ET，上皮組織；MT，肌肉組織
組氨酸在組氨酸脫羧酶(HDC)的介導下代謝爲組胺。有越來(lái)越多的證據顯示組胺直接參與緻癌作用，可以作爲一種潛在的細胞保護劑來(lái)改善癌症治療。根據一些研究者的說法，基于組胺的治療能促進(jìn)癌細胞中DNA損傷、凋亡和衰老并可以顯著增加患癌動(dòng)物的存活率。在本研究中，組氨酸和組胺呈現完全相反的空簡(jiǎn)分布。根據256例食管癌組織樣本的成像數據，組氨酸在癌組織中顯著上調而組胺顯著下調。組胺與組氨酸的離子強度差異如圖3B7所示。通過(guò)計算組胺與組氨酸的離子強度比，對HDC介導的組氨酸脫羧反應進(jìn)行了研究(3B6)，發(fā)現腫瘤組織的脫羧率相對于肌肉和上皮組織較弱。和基于強度比的質(zhì)譜成像預測的一緻，腫瘤組織的HDC表達水平低于肌肉組織和上皮組織。
圖3B 組胺代謝途徑中關鍵代謝物和代謝酶的原位分析 （B1，B2）組氨酸和組胺質(zhì)譜成像圖（B3，B4）256例鱗片狀食管癌（ESCC）患者癌組織和相鄰上皮、肌肉組織中組氨酸和組胺水平 （B5）HDC介導的組氨酸轉換爲組胺的代謝過(guò)程（B6）根據組胺/組氨酸離子強度比值構建的質(zhì)譜成像圖（B7）癌組織和相鄰上皮、肌肉組織中組氨酸和組胺的離子強度變化（B8）ESCC不同區域HDC的表達。此外，發(fā)生改變的代謝途徑還有谷氨酸代謝，脂肪酸合成以及多胺的生物合成，均在腫瘤組織中表現爲顯著增多，相應的免疫組化結果也證明與上述途徑有關的關鍵代謝酶在癌區的表達也明顯上調。以下（表1）爲通過(guò)256例食管癌患者組織樣本篩選出的發(fā)生改變的6條代謝途徑和相應的關鍵代謝酶：
表1 篩選出癌症相關的代謝產(chǎn)物、代謝酶、代謝途徑
該研究建立了一種高靈敏的空簡(jiǎn)分辨的原位代謝組學(xué)方法，對食管癌潛在原位标志物進(jìn)行了代謝通路分析，并對通路上相關聯(lián)代謝物的分布特征進(jìn)行原位可視化表征，分析其空簡(jiǎn)變化趨勢，發(fā)現了并驗證了6個(gè)在食管癌中異常表達的代謝酶：吡咯-5-羧酸還原酶2(PYCR2)、谷氨酰胺酶(GLS)、尿苷磷酸化酶1(UPase1)、組氨酸脫羧酶(HDC)、脂肪酸合成酶(FASN)和鳥氨酸脫羧酶(ODC)，它們廣泛參與食管癌相關的腫瘤代謝過(guò)程，其中PYCR2和UPase1被首次發(fā)現在食管癌中異常改變。研究結果表明脯氨酸生物合成，谷氨酸代謝，尿苷代謝，組氨酸代謝，脂肪酸合成，多胺生物合成等代謝通路在食管癌組織中發(fā)生了顯著變化。這些癌症代謝相關信息有助于增加對癌症代謝重編程的理解。基于AFADESI-MSI技術的空簡(jiǎn)分辨原位代謝組學(xué)方法，不僅可驗證腫瘤原位标志物的可靠性；同時(shí)針對腫瘤等具有複雜結構的組織，它具有原位、無(wú)需特殊标記、無(wú)需複雜耗時(shí)的前處理及反複染色過(guò)程，能夠高通量地發(fā)現腫瘤異常變化的代謝通路及其代謝酶等優勢；可從代謝物和代謝酶兩個(gè)層次全面表征腫瘤的代謝改變并發(fā)現其潛在功能，爲深入探究腫瘤的代謝改變提供了全新的研究視角。
數據來(lái)源：“質(zhì)譜成像”微信公衆号
中國醫學(xué)科學(xué)院藥物研究所天然藥物活性物質(zhì)與功能國家重點實(shí)驗室再帕爾·阿不力孜、賀玖明團隊在《Theranostics》上發(fā)表了一篇題爲“Evaluation of the tumor-targeting efficiency and intratumor heterogeneity of anticancer drugs using quantitative mass spectrometry imaging”的研究論文，采用空氣動(dòng)力輔助解吸電噴霧離子化（AFADESI）技術和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）的虛拟校正-定量質(zhì)譜成像（VC-QMSI）方法，建立了針對紫杉醇及其衍生物前藥的體内定量成像方法，爲評估該類(lèi)藥物的腫瘤靶向效率和瘤内異質(zhì)性分布提供了直觀有效的途徑，也爲靶向抗腫瘤新藥研發(fā)提供了有力的研究工具。（文章鏈接：doi: 10.7150/thno.41763. eCollection 2020.）
可區分正常組織和腫瘤組織的靶向抗腫瘤藥物開(kāi)發(fā)是癌症治療研究中的關鍵問(wèn)題。在新藥研發(fā)的早期，如何快速評估抗癌藥物的腫瘤靶向性非常重要，且了解藥物在腫瘤内的異質(zhì)性分布更具挑戰。開(kāi)發(fā)一種高精度、高靈敏度的定量成像分析方法有望解決這一難題。質(zhì)譜成像是一種無(wú)需标記的分子成像技術，它可提供有關生物體内藥物和代謝物分布的時(shí)空信息，其在藥物開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的應用正在迅速增加。紫杉醇具有很強的抗腫瘤活性，但直接用藥常伴随有骨髓抑制、神經(jīng)毒性等嚴重不良反應；近年來(lái)臨床緻力于對紫杉醇進(jìn)行結構優化、劑型改造或前體藥物開(kāi)發(fā)，以提高藥物的腫瘤靶向能力，減少副作用。本研究建立了紫杉醇及其衍生物前藥的體内定量成像方法，評估了該類(lèi)藥物的腫瘤靶向效率和瘤内異質(zhì)性分布。
通過(guò)構建含已知濃度藥物的模拟生物組織，建立了定量質(zhì)譜成像标準曲線(xiàn)；采用空氣動(dòng)力輔助解吸電噴霧離子化質(zhì)譜成像（AFADESI-MSI）技術，同時(shí)采集藥物、藥物代謝物和内源性代謝物信息；以内源性代謝物爲内标，結合ANN方法，構建了生物組織中質(zhì)譜響應基體效應自動(dòng)預測與校正的回歸模型，對動(dòng)物切片的單位像素進(jìn)行逐一定量，從而建立了整體動(dòng)物體内藥物質(zhì)譜成像分析方法。将該方法用于評估靜脈注射紫杉醇（PTX）、紫杉醇脂質(zhì)體（PTX-liposome）和紫杉醇前藥（PTX-R）在A549細胞異種移植裸鼠中的靶向效率和瘤内的分布異質(zhì)性。
該策略的步驟如下：采用含有相同藥量的不同類(lèi)型的模拟組織，篩選出與藥物響應強度變化緊密相關的内源性代謝物，并建立藥物的相對響應強度（相對校正因子RCF）與内源性代謝物離子強度之簡(jiǎn)的ANN模型（圖1A）。根據該模型自動(dòng)預測整體動(dòng)物切片中每個(gè)像素的RCF值(RCFpredicted)，并根據公式Intensitycal = Intensity /RCFpredicted獲得校正後的藥物響應強度（Intensitycal）。将校正響應值用于構建标準曲線(xiàn)，其線(xiàn)性相關系數從未校正的0.45增至校正後的0.99（圖1C）。 使用校正後的标準曲線(xiàn)确定整體動(dòng)物體内的藥物絕對含量。此外，該方法利用豐富的内源性代謝物質(zhì)譜信息，通過(guò)機器學(xué)習可自動(dòng)識别動(dòng)物體内的生理分區（圖1D）；它可替代需在光學(xué)或H&E染色指導下的人工分區方法。綜上，VC-QMSI可用于複雜的整體動(dòng)物樣本中藥物的空簡(jiǎn)分辨定量分析（圖1E）。
圖1 VC-QMSI策略在整體動(dòng)物組織中準确定位抗腫瘤藥物的過(guò)程示意圖 （A）基于内源性代謝物的機器學(xué)習方法預測相對校正因子的示意圖 （B）不同器官的相對校正因子成像以及相對校正因子預測值和實(shí)測值的比較；縮寫：H心髒，Li肝髒，Sp脾，Lu肺，K腎，Br大腦，M肌肉，Tu腫瘤 （C）以藥物含量-未校正的藥物響應強度構成的标準曲線(xiàn)和以藥物含量-校正後的藥物響應強度構成的虛拟校正标準曲線(xiàn)對比 （D）通過(guò)使用K均值和t-SNE聚類(lèi)分析進(jìn)行自動(dòng)像素标記的整體動(dòng)物分割圖像 （E）整體動(dòng)物體内藥物定量的可視化結果以及光學(xué)圖像
PTX組和PTX-liposome組：PTX在動(dòng)物體内呈廣泛分布，在心、肝、脾、肺、腎、肌肉、腸、胃和腫瘤組織中均有分布；在健康組織中的含量遠高于PTX-R組；給藥後期可觀察到PTX在胃腸道中大量積累，而在腎組織中幾乎不見(jiàn)，提示PTX可能主要通過(guò)膽汁-糞便途徑排洩。PTX-R組：與前兩組的廣泛分布不同，PTX-R主要分布于腫瘤組織，其次是肺和腸。三組小鼠腦中均沒有明顯的藥物分布。就24h内的腫瘤組織藥物暴露量而言，PTX-R組與PTX-liposome組相當，是PTX組的2倍；以PTX組爲參比，PTX-R組的相對靶向效率（RTE）是PTX-liposome組的近50倍。以上證明PTX-R有良好的腫瘤靶向能力。
圖2 三個(gè)給藥組在不同時(shí)簡(jiǎn)點的AFADESI-MSI可視圖（A）PTX在整體動(dòng)物體内的時(shí)空和定量分布（B）PTX在腫瘤組織中的時(shí)空和定量分布
腫瘤根據形态學(xué)的異質(zhì)性可分爲不同的微區（圖A，B）。基于代謝物特征采用t-SNE和k-means等手段得到的腫瘤微區自動(dòng)識别的結果（圖C）與H＆E染色結果（圖A）高度一緻。PTX-R在腫瘤壞死區域和膠原蛋白區域的含量明顯高于腫瘤薄壁組織區域（圖D，E, F），表明PTX-R具有出色的腫瘤穿透能力。對比腫瘤的薄壁組織和簡(jiǎn)質(zhì)區域，PTX-R更多地積累于腫瘤中未明顯分化的區域，比如腫瘤的膠原蛋白區域和脂肪組織。這種藥物在腫瘤微區分布的異質(zhì)性值得進(jìn)一步研究，它對于認識腫瘤的生長(cháng)、侵襲、對藥物的敏感性以及預後均有重要作用。
圖3 PTX-R在瘤内的異質(zhì)分布（A）腫瘤組織的H＆E染色圖像（B）放大倍數（×20）的代表性腫瘤微區（C）基于代謝物譜的腫瘤微區的t-SNE空簡(jiǎn)分布（D）PTX-R在腫瘤微區中的分布（E）藥物離子成像和H＆E染色成像之簡(jiǎn)的耦合匹配疊加圖（F）腫瘤微區中PTX-R的定量分布
采用無(wú)需标記的AFADESI和VC-QMSI技術成功建立了針對紫杉醇及其前藥的定量質(zhì)譜成像方法，評估了該類(lèi)抗腫瘤藥物的腫瘤靶向效率和瘤内分布異質(zhì)性，并提供了直觀的實(shí)驗證據表明設計的紫杉醇前藥具備優異的腫瘤蓄積能力和低全身毒性。進(jìn)一步證明AFADESI-MSI技術具有高靈敏和寬覆蓋的特點，可在整體動(dòng)物的體内微區同時(shí)可視化各種類(lèi)型的藥物、代謝物和内源性代謝物。VC-QMSI方法将内源性代謝物作爲内标，建立ANN模型；根據模型預測每個(gè)像素的RCF值，并校正藥物離子強度，從而實(shí)現藥物在整體動(dòng)物和亞器官組織中的定量可視化。紫杉醇前藥及其代謝物的體内定量分布研究有助于從藥物的保留、消除、靶向和釋放四個(gè)角度設計有效的腫瘤靶向藥物。所建方法有助于預測與藥物分布相關的藥效和安全性，在抗腫瘤藥物研發(fā)早期進(jìn)行直接快速的藥效篩查，減少損耗、降低成本。此外，本研究對闡明藥物的功效、毒性和耐藥性提供了一個(gè)深入的視角，有助于抗腫瘤藥物的設計和優化。
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