空间代谢组经典问题答疑

1.空间代谢组对代谢物的定性原理？

鹿明生物的空间代谢组采用空间成像仪器 AFADESI-MSI、Waters SYNAPT XS 对切片进行扫描和信息采集。获得切片上代谢物的 m/z，通过与数据库进行比对，获得代谢物的定性标注信息，并利用空间成像软件解析获得不同 m/z 的空间成像图。

 

2.空间代谢组都有哪些空间分辨率？

AFADESI-MSI 的空间分辨率（即一个像素点的尺寸大小）目前常用的有 100uundefined100um，40uundefined40um，20uundefined20um，鹿明生物 2023 年初正式引进 Waters SYNAPT XS 质谱成像系统，不断研发更高的空间分辨率。我们要根据自己关注的组织微区大小去选择合适的分辨率。

比如对于脑组织、肾脏组织、心脏组织等样本经过切片后尺寸在 1cundefined1cm 左右，利用 100uundefined100um 分辨率就可以满足对关注的微区结构进行图像分析，此时我们不一定需要选择更高的分辨率进行检测。

对于一些小体积样本，比如样本尺寸在 5mundefined5mm 以下，为了获得足够的像素点，形成更加清晰的成像图，并且关注的组织微区需要更高的分辨率才能获得足够的信息。

 

3.能否介绍一下空间代谢组所用的自建数据库？

空间代谢组与常规代谢组对于代谢物的定性需要通过与数据库匹配来获得定性信息。鹿明生物拥有 2 个空间代谢组自建库，包含胆碱类、多胺类、氨基酸类、肉碱类、核苷类、核苷酸类、有机酸类、碳水化合物类、胆固醇类、胆酸类、脂质类等多个种类代谢物；

另一个专门针对植物的空间代谢自建库，目前拥有涵盖生物碱类、酚酸类、黄酮类、香豆素类、苯丙素类、木脂素、萜类等 10 大类代谢物。

数据库的建设经过文献、公共数据库、标准品、人工校对等去增加定性的可靠性。

 

4.空间代谢组对于生物学重复的要求？

大/小鼠的生物学重复建议≥3 个，大型动物的生物学重复建议≥5 个，临床样本的生物学重复建议≥5 个。 

 

5.如何根据代谢物的变化鉴定代谢酶？

通过空间代谢组获得的成像图找到具有异质性分布的代谢物，并结合统计学分析和通路富集分析等进一步确认自己的目标代谢物。可以通过原位二级对代谢物定性信息进行验证后，利用 IHC、WB、PRM 等手段对关键的酶进行鉴定。

 

6.空间代谢组学在中药或植物领域可以有哪些方向的应用？

1） 医学领域

• 疾病分子机制，如阿尔茨海默病、抑郁、脑缺血、糖尿病、心血管疾病等；
• 生殖发育学，如胚胎、器官发育过程中代谢调控和代谢表型等；
• 肿瘤代谢与肿瘤免疫，如肿瘤代谢微环境与肿瘤免疫逃逸等；
• 肿瘤分子病理诊断、分子分期/分型、生物标志物筛选等；
• 肿瘤耐药与精准用药研究等；
• 环境毒理学，如环境污染物的体内毒性效应和分子机制等；
• 新药药理和毒理，如药物的空间分布和体内效应和分子机制等；

 

2）农林牧渔领域

• 发育学，如种子、胚胎、器官发育过程中的空间代谢调控等；
• 分子机制，如盐胁迫、病毒/真菌侵染、光合作用等机制研究；
• 基因调控机制，如转基因、基因沉默、基因敲除后代谢物变化的机制研究，了解基因与代谢物之间的精确关系等；
• 植物与环境互作研究，如昆虫选择性侵害植物部位、土壤与根部互作研究等；
• 植物药用成分定位；

 

7.空间成像的分辨率和定性的准确性哪个更重要?

两个都重要。空间分辨率并非越高越好，要选择能够满足自己研究目的，经费上又可控的空间分辨率。空间代谢组主要解决的是代谢物的空间定位问题，通过非靶向的方式获得具有空间异质性分布的 m/z，后续针对目标 m/z 通过原位二级进行验证。

 

8.你们的 AFADESI-MSI 和 Waters SYNAPT XS 质谱成像系统可以检测蛋白和多肽吗？

鹿明生物的 AFADESI-MSI 和 Waters SYNAPT XS 空间代谢组技术是专门针对小分子代谢物的成像技术，聚焦在 70-1000Da 之间的物质检测，不能检测蛋白或者多肽，但是可以无偏向性地检测小分子代谢物。

 

9.临床样本尺寸比较大，如何确保选取的组织是病灶部位？是根据 HE 染色吗？

是的，通过 HE 染色。做空间代谢组学，在上机前，我们都会对一张切片进行HE 染色，确定了结构后才会将连续切片上机进行扫描以及后续的分析。另外对于肿瘤组织做空间代谢组，无需将癌和癌旁分割后再送样，可以利用空间代谢组对一整块的组织（包括癌和癌旁）实现同时成像。

 

10.请问鹿明空间代谢组成像图的分辨率有多高，是否能到单细胞水平？

AFADESI-MSI 和 Waters SYNAPT XS 的空间分辨率（即一个像素点的尺寸大小）目前有 100uundefined100um，40uundefined40um，20uundefined20um。对于一些较大的细胞，较高的分辨率可以到单细胞的水平，但是对于一些只有几 um 的细胞，就到不了单细胞水平了。

 

11.植物空间代谢组如何实现定性？

无论是动物的还是植物的空间代谢组学，定性都是需要基于数据库。鹿明生物现在有两个自建空代数据库，一个专门针对人和动物，一个专门针对植物。植物空代数据库涵盖生物碱类、酚酸类、黄酮类、香豆素类、苯丙素类、木脂素、萜类等 10 大类代谢物，次生代谢物占绝大部分。

 

12.您的离子源相比 MALDI 最大优势是什么？

AFADESI-MSI 和 Waters SYNAPT XS 与 MALDI 平台最大的不同就是检测的物质类型不同。鹿明的空间代谢组平台更多的是聚焦在小分子代谢物的成像上，无偏向性检测小分子代谢物，主要检测的是 70-1000Da 之间的代谢物，包括胆碱类、多胺类、氨基酸类、肉碱类、核苷类、核苷酸类、有机酸类、碳水化合物类、胆固醇类、胆酸类、脂质类等。其中，70% 为 700Da 以下的小分子代谢物，30% 为脂质类物质。AFADESI-MSI 和 Waters SYNAPT XS 的成像不借助基质喷涂，避免代谢物检测受到基质的干扰，可以对小体积的样本甚至整只小/大鼠的切片进行空间成像。