高盐样本的代谢谱分析
研究背景

术中冰冻切片常被用做肿瘤良恶性判别、切缘判定和转移情况的快速评估。但病理诊断依赖于病理医生的经验,且术中病理难以评估各类生物标志物的表达。高通量和空间分辨质谱可以原位检测组织样本上的代谢标志物,并快速识别肿瘤类型。通过制备纳米材料基板,可以在免喷涂基质的情况下实现质谱检测和成像,使操作简便易行。

研究方法
1. 样本来源:20例肝癌组织样本,于术中获得,每一例包括癌组织、癌旁组织、远端正常组织;                  
2. 质谱分析:MALDI-TOF/TOF MS/MS(Bruker Daltonics Co.);                        
3. 数据分析:t检验,LDA分析,ANN建模,Pearson相关系数分析。
研究结果
1.顶端接触采样离子化(TCSI)法提取组织中的脂质标志物

TCSI法通过rGO修饰的硅纳米线阵列芯片(SiNWs@rGO)实现。如图1A所示,通过芯片与组织表面的简单接触,将组织表面的脂质分子原位转印到芯片表面,无需基质喷涂,即可用于后续的质谱分析。并且,可以选取相邻两个质谱峰的比值作为差异标志物的形式。图1B显示了同一例患者的肝癌组织(T)、癌旁组织(PT)和远端正常组织(N)在负离子模式(a, c, e)和正离子模式(b, d, f)下的质谱图,图中可显示出脂肪酸(FA)、磷脂酰乙醇胺(PE)、磷脂酰肌醇(PI)、磷脂酰胆碱(PC)和甘油三酯(TG)5大类脂质的分布。


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图1 TCSI法的操作流程(A及对肝癌及其对照组织样本中脂质检测谱图(B)


2.基于脂质谱对肿瘤样本和非肿瘤样本的区分

以相邻双峰比率为标志物的线性判别分析(LDA)可以清楚地将肿瘤(T)与非肿瘤(PT和N)区分开来(图2A)。与N相比,T和PT显示出不同的相邻双峰比率变化趋势(图2B)。t检验显示T和PT组之间有22个比率存在显著差异(p<0.01),PT组和N组之间不存在显著差异。基于这22个特征比率构建的ANN模型对肝癌组织的判别敏感性和特异性分别为85%-100%和95%-97.5%。在这些标志物中,C18:1、C20:3和PI38:3的上调已被证实与FA从头合成或脂肪生成密切相关,被认为是癌症的标志,而C20:4和C18:2的下调则可能于花生四烯酸(AA)和膳食亚油酸(LA)的通路异常有关,这可能是肝癌诊断的新靶点。

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图2 T、PT、N三组样本的LDA散点图(A)以及T和PT相对于N的相邻双峰比率变化(B)

                                    

3.基于脂质谱相邻双峰比率的肝癌组织质谱成像

选择C18:1/C18:2和C20:3/C20:4两对双峰比率对肝癌和癌旁组织进行质谱成像(图3f)。使用矩形芯片按压肝癌组织表面(图3c),进行镜像转换后(图3d),芯片上的印迹(图3e)与组织切片H&E图像(图3b)完全一致,且T和PT之间显示清晰的对比度。因此,质谱成像可基于肿瘤代谢失调,使肿瘤切缘可视化,在良恶性判别方面有着良好的应用前景。


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图3 基于脂质谱相邻双峰比率的肝癌组织切缘成像,(a)组织光学图像,(b)组织H&E染色图像,(c)TCSI取样过程,(d)矩形芯片上的相邻脂质双峰比率图像,(e)芯片镜像转换图像,(f)T和PT区域的双峰质谱图

                

参考文献:

Chen XM, Gao JQ, Wang T, Jiang XR, Chen J, Liang X, Wu JM. Hepatocarcinoma Discrimination by Ratiometric Lipid Profiles Using Tip-Contact Sampling/Ionization Mass Spectrometry. Anal. Chem. 2019, 91, 10376-10380.


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