代謝|空間代謝組學技術研究前列腺癌的空間代謝差異空間|細胞|膽堿|組織|研究|差異

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質譜成像（Mass Spectrometry Imaging, MSI）作為一種新型的分子影像技術，能夠直接從生物組織中獲得大量已知或未知的內源性代謝物和外源性藥物等分子的結構、含量和空間分布信息。相對于其他成像方法（如熒光成像、放射性標記成像等），該技術無需化學或放射性標記、不需復雜樣品前處理，具有高特異性、高通量和空間信息保留的突出優勢。質譜成像技術可以實現生物組織中上千代謝物的定性、定量和定位分析，結合生物信息學分析，發展為空間代謝組學方法，可從生物組織原位發現差異代謝物，并識別其生物學功能。
本篇小鹿分享一篇空間代謝組學專業應用技術文章，探究空間代謝組學如何進行前列腺癌診斷和預后生物標志物的差異研究？該研究發現了前列腺癌樣本中的特定組織區室的不同代謝特征，確定了幾種可能被進一步開發為前列腺癌的診斷和預后生物標志物的差異代謝物和脂質。空間代謝組學能夠快速提供代謝物的水平差異和空間信息，是臨床上有潛力的創新診斷工具。
背景介紹
前列腺癌組織的分子表征對于尋找新的生物標志物、驗證臨床生物標志物和確定潛在的治療靶點非常重要。然而，前列腺癌組織樣本包含正常上皮、增生、基質和腫瘤區域，具有高度異質性，組織間固有的功能和分子差異導致常規的批量檢測方法有不同程度的信息丟失。
質譜成像（MSI）可以對組織切片不同區域中的潛在癌癥標志物進行空間檢測，有利于分析和比較不同組織類型的代謝組和脂質組學特征。
實驗設計
收集了15名前列腺癌患者共計45份新鮮冷凍組織核心樣本，進行空間代謝組學分析。從而實現對良性區域和腫瘤、NCE（包括正常腺體和增生）和癌癥的不同組織類型的代謝組和脂質組學研究。
實驗結果
1.樣品和分析概述
成功鑒定了 27 種代謝物和 44 種脂質，發現NCE（非癌上皮細胞）、基質細胞和癌癥組織代謝存在明顯差異。

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圖1：運用空間代謝組學測到的代謝物和脂質的主成分分析(PCA)得分圖
a為負離子模式下掃描所得， b為正離子模式數據集。
按組織類型著色：NCE（藍色）、癌（紅色）和基質（黃色）。
2.不同組織成分之間的代謝物差異
圖2兩兩比較了NCE細胞、基質細胞和癌癥細胞的代謝差異。檸檬酸鹽、天冬氨酸鹽、鋅和多胺精胺在正常前列腺上皮細胞中含量較高，在癌癥細胞中則水平較低。牛磺酸、葡萄糖、肌酸、AMP、ADP和ATP水平較高，與正常前列腺上皮功能相關聯的代謝物（檸檬酸鹽，天冬氨酸鹽，鋅和精胺）水平較低。癌癥組織中肉堿、乙酰肉堿、N-乙酰天冬氨酸、甘油磷酸乙醇胺這些與脂質合成和脂質重排相關的幾種代謝物含量上調，導致磷脂酰乙醇胺(PE)和磷脂酰肌醇(PI)含量上升。

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圖2：通過正交偏最小二乘判別分析 (OPLS-DA) 確定的非癌上皮 (NCE)、基質和癌癥之間的代謝差異
代謝物顯示為藍色圓圈，脂質為綠色圓圈。
ACho = 乙酰膽堿， ADP = 二磷酸腺苷， AMP = 一磷酸腺苷， ATP = 三磷酸腺苷， BCt = 丁酰-L-肉堿， GPE = 甘油磷酸乙醇胺， HBCt = 羥基丁酰肉堿， NAA = N-乙酰天冬氨酸， LPC = 溶血膽堿，多聚磷脂酰膽堿= 磷酸乙醇胺， PE = 磷脂酰乙醇胺， PC = 磷脂酰膽堿， PG = 磷脂酰甘油， PI = 磷脂酰肌醇， PS = 磷脂酰絲氨酸， SM = 鞘磷脂。