張陽(yáng)陽(yáng)　韓超　趙鎮(zhèn)文

摘?要?阿爾茲海默癥（Alzheimer's disease， AD）是影響全球數(shù)百萬(wàn)人并與年齡有關(guān)的神經(jīng)退行性疾病，但確切病因仍不清楚?；|(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜成像（MALDI MSI）分析技術(shù)不僅可進(jìn)行物質(zhì)鑒定，而且可對(duì)被分析物進(jìn)行空間分布成像，近年來(lái)廣泛應(yīng)用于AD腦組織中淀粉樣蛋白和脂質(zhì)的分布研究，以探索該疾病的機(jī)理。本文介紹了基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜成像（MALDI MSI）的原理、方法學(xué)以及在AD疾病機(jī)制方面的相關(guān)研究進(jìn)展，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞?阿爾茲海默癥; 基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜成像; 評(píng)述

1?引 言

阿爾茲海默癥（Alzheimer's disease， AD）是一種神經(jīng)退行性疾病， 以中年和老年人的認(rèn)知能力下降為主要特征。隨著全球老齡化進(jìn)程加快，AD發(fā)病率近年來(lái)不斷增加。據(jù)2010年AD發(fā)病統(tǒng)計(jì)，全球大約3560萬(wàn)人患有AD，據(jù)估計(jì)到2050年，全球AD發(fā)病人數(shù)將高達(dá)1.15億[1]。

AD類型多樣，具有散發(fā)型和家族型兩種形式。絕大多數(shù)患者屬于散發(fā)型或遲發(fā)性癡呆的家族型（晚于65歲），其余少數(shù)患者屬于早發(fā)性癡呆的家族型（大約30～65歲），并且表現(xiàn)出不同的癥狀。家族型患者在編碼β?淀粉樣蛋白（β?amyloid， Aβ）的淀粉樣前體蛋白（Amyloid precursor protein，APP）、早老素1和2（Presenilin， PSEN1/2）3種基因之一時(shí)具有突變：其中早老素分泌酶復(fù)合體催化亞基的組分，負(fù)責(zé)APP的切割和Aβ的形成。散發(fā)型AD的起源復(fù)雜，涉及多種遺傳和環(huán)境影響因素，如攜帶載脂蛋白的E?ε4等位基因、線粒體功能障礙、頭部損傷或腦血液屏障受損等[2]。

盡管AD是老年癡呆最常見的形式，并影響全球數(shù)百萬(wàn)人，但這種疾病的確切病因仍不清楚。罕見的AD家族型遺傳學(xué)證據(jù)證明了Aβ斑塊積聚是疾病起源的假說(shuō)，這是淀粉樣蛋白β級(jí)聯(lián)假說(shuō)的基礎(chǔ)，是過去三十余年AD研究的中心理論[3]。根據(jù)該假設(shè)，最開始是Aβ沉積，這足以觸發(fā)AD病理和臨床變化的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，即老年斑和神經(jīng)原纖維纏結(jié)形成，以及隨后的神經(jīng)元死亡、血管損傷和癡呆癥狀。Aβ肽包含約40個(gè)氨基酸，并由APP通過β?和γ?分泌酶產(chǎn)生。雖然Aβ1?42在老年斑中占優(yōu)勢(shì)，但其它Aβ變體（包括N末端或C末端修飾的Aβ）也存在于AD患者腦組織中。單個(gè)Aβ肽在老年人以及AD患者腦組織中的分布目前尚未完全清楚。因此，對(duì)AD患者腦組織中重要物質(zhì)的差異性分布實(shí)現(xiàn)原位成像，將有利于AD病理機(jī)制的研究。

質(zhì)譜成像技術(shù)能夠精確、快速識(shí)別具有不同表達(dá)水平的特定蛋白質(zhì)的細(xì)胞，能夠確定患病器官和正常器官中不同部位（包括腫瘤部位）的特定蛋白質(zhì)的位置及相對(duì)濃度，能夠跟蹤包括癌癥在內(nèi)的多種疾病的治療藥物及其代謝產(chǎn)物的空間分布，因而在了解組織病理特征、疾病診斷、藥物療效及發(fā)現(xiàn)生物標(biāo)志物等方面可能成為一種強(qiáng)有力的全新研究工具[4～9]。此外，通過比較正常與疾病組織的物質(zhì)分布，質(zhì)譜成像技術(shù)可在腫瘤早期診斷、預(yù)后評(píng)估等臨床應(yīng)用中扮演重要角色。本文概述了基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜成像的原理、方法學(xué)，以及該技術(shù)在阿爾茨海默病腦組織中成像等方面的研究進(jìn)展。

2?基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜成像原理及方法

基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜成像（Matrix assisted laser desorption ionization mass spectrometry imaging，MALDI MSI）技術(shù)最早由Caprioli等[10]于1997年提出，通過將MALDI質(zhì)譜離子掃描技術(shù)與專業(yè)圖像處理軟件結(jié)合，直接分析生物組織切片，產(chǎn)生任意指定質(zhì)荷比（m/z）化合物的二維離子密度圖（Two?dimensional ion density maps），對(duì)組織中化合物的組成、相對(duì)豐度及分布情況進(jìn)行高通量、全面、快速的分析[11，12]（圖1）。相較于LC?MS方法，MALDI MSI無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行萃取、純化、分離等復(fù)雜的前處理，并且保留了物質(zhì)的原位信息，這些特點(diǎn)使得MALDI MSI分析方法在生物標(biāo)志物的識(shí)別、代謝機(jī)理的研究、刑事科學(xué)及食品科學(xué)等領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用前景。

2.1?MALDI MSI原理

基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜（MALDI MS）是20世紀(jì)80年代末由Karas和Hillenkamp引入的一種軟電離質(zhì)譜技術(shù)， 能夠快速分析高分子量的物質(zhì)， 無(wú)碎片或只有少量碎片， 具有很高的檢測(cè)精度和靈敏度， 是一種重要的高通量的生物分析工具[13]。它的工作原理是：當(dāng)用一定強(qiáng)度的激光（355 nm）照射樣品與基質(zhì)形成的共結(jié)晶薄膜時(shí)， 基質(zhì)從激光中吸收能量，提供卷流， 將樣品分子送入氣相， 樣品分子得到基質(zhì)提供的電荷或反應(yīng)離子從而發(fā)生電離， 根據(jù)不同的質(zhì)荷比（m/z）進(jìn)行檢測(cè)可得到樣品的分子量。

MALDI MSI是在專門的質(zhì)譜成像軟件控制下完成的。首先定義圖像的尺寸，根據(jù)尺寸大小將圖像均分為若干點(diǎn)組成的二維點(diǎn)陣（如6000個(gè)點(diǎn)/100 μm），激光束通過這個(gè)光柵圖案照射到靶盤上的組織切片，軟件開始采集質(zhì)譜數(shù)據(jù)[14]。在每個(gè)點(diǎn)上，所有質(zhì)譜數(shù)據(jù)經(jīng)平均化處理獲得一幅代表該區(qū)域內(nèi)化合物分布情況的完整質(zhì)譜圖。設(shè)定m/z的范圍，并選定峰高或峰面積代表化合物的相對(duì)豐度，計(jì)算機(jī)虛擬掃描質(zhì)譜數(shù)據(jù)，便可形成該組織切片的二維離子密度圖像，并用亮度強(qiáng)弱（黑白成像）或不同彩色圖案（彩色成像）代表豐度[4，15]。

2.2?組織切片技術(shù)

為了獲得最佳效果的圖像，組織切片的優(yōu)劣是關(guān)鍵的影響因素。切片制備需要滿足以下條件：防止形成冰晶，維持化合物的空間排布，避免分析物的移位和降解;避免切片打卷、起皺褶;適宜的切片厚度。在組織切片前，切除的新鮮組織立即置于液氮中冷凍2～3 min后，轉(zhuǎn)移至80℃保存直至使用。使用液氮迅速降溫可通過最大冰晶生成帶，從而有效減少冰晶的形成。切割平臺(tái)的溫度根據(jù)組織類型保持在5～25℃之間，如高脂肪含量的組織就要求更低的溫度[16]。冰凍樣品保存或進(jìn)行冰切時(shí)，還應(yīng)盡量避免溫度波動(dòng)（特別是18℃以上的溫度波動(dòng)，避免發(fā)生重結(jié)晶;冰切過程中，若樣品含水量較高，則盡量避免冰切溫度高于18℃）。切片厚度一般為10 μm，保證質(zhì)譜分析時(shí)足夠的組分濃度[17～19]。在進(jìn)行樣品制備、質(zhì)譜分析時(shí)，建立穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)過程和良好的對(duì)照是必要的，從而保證獲得可比較的空間圖像。

2.3?基質(zhì)的選擇和噴涂方式

基質(zhì)的選擇是MALDI質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵，在實(shí)驗(yàn)中選擇何種基質(zhì)進(jìn)行樣品分析依賴于所分析的樣品（如樣品的種類、質(zhì)量大小及性質(zhì)等），選擇合適的基質(zhì)體系對(duì)于直接組織分析，獲得高質(zhì)量、高靈敏的圖譜尤為關(guān)鍵。需要滿足的基本條件包括：基質(zhì)可與組織表面分子形成良好的共結(jié)晶;能提供目標(biāo)分子的高效離子化能力。以蛋白質(zhì)等大分子為分析對(duì)象時(shí)，常用Sinapinic acid （3，5?dimethoxy?4?hydroxycinnamic acid， SA）作為基質(zhì)，而在分析多肽類小分子時(shí)，常用a?Cyano?4?hydroxycinnamic acid（CHCA），針對(duì)組織表面的藥物小分子或代謝小分子等的分析，也有研究者選用2，5?二羥基苯乙酮（2，5?Dihydroxyacetophenone， DHA）[20～23]、9?氨基吖啶（9?Aminoacridine，9?AA） [24～28]、1，5?萘乙二胺（1，5?Diaminonapthalene， DAN）[29]、2，5?二羥基苯甲酸（2，5?Dihydroxybenzoic acid，DHB）[30，31]、2?巰基苯并噻唑（2?Mercaptobenzothiazole，2?MBT）[32]、蒽三酚（Dithranol， DT）[33]和槲皮素（Quercetin）[34]等作為基質(zhì)。Wang等[35]研究發(fā)現(xiàn)，羥基黃酮類化合物可作為基質(zhì)進(jìn)行MALDI MSI分析，在正離子模式下，該類物質(zhì)對(duì)磷脂類小分子具有很好的解析能力，其中1種化合物槲皮素可從鼠腦組織組織切片中解析到212種脂質(zhì)，顯著優(yōu)于常用的有機(jī)小分子基質(zhì)DHB、CHCA和MBT等，并且該類物質(zhì)還具有易于形成均勻結(jié)晶薄層、真空條件下穩(wěn)定、自身信號(hào)低、用量少等優(yōu)點(diǎn);Nie課題組[36～40]近年來(lái)在研究中發(fā)現(xiàn)，萘的衍生物二氨基萘及其鹽酸鹽和N?（1?萘基）乙二胺及其鹽酸鹽或硝酸鹽作為基質(zhì)在負(fù)離子模式下對(duì)小分子化合物具有很好的解析能力。此外，對(duì)基質(zhì)體系進(jìn)行優(yōu)化可改善結(jié)晶狀況，使樣品有效解吸電離，增強(qiáng)質(zhì)譜信號(hào)，進(jìn)而提高分析靈敏度、分辨率和重復(fù)性等。如Schwartz等[41]對(duì)基質(zhì)體系的溶劑進(jìn)行考察，以SA為基質(zhì)，改變基質(zhì)溶劑，使其中的有機(jī)溶劑分別為30%、50%和70%時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溶劑中含50%有機(jī)相時(shí)，組織表面的結(jié)晶更加均勻;同樣以SA為基質(zhì)，改變有機(jī)溶劑的組成，如乙醇、甲醇、乙腈等，發(fā)現(xiàn)當(dāng)有機(jī)相為乙醇時(shí)，可得到更均勻的結(jié)晶和更強(qiáng)的信號(hào)。另外，考察基質(zhì)體系中三氟乙酸（TFA）的濃度發(fā)現(xiàn)，TFA的含量在0.3%～1.0%之間，較有利于組織表面分子的離子化。相對(duì)于有機(jī)小分子基質(zhì)， 無(wú)機(jī)納米材料基質(zhì)本身不易電離，近年來(lái)越來(lái)越多的無(wú)機(jī)納米材料如硅材料、碳材料以及金屬材料等被用于小分子化合物的MALDI MSI分析。二氧化鈦納米顆粒 （TiO2NPs）具有對(duì)紫外光強(qiáng)吸收的特點(diǎn)，Shrivas等[42]以其為基質(zhì)，結(jié)果顯示，正離子模式下，TiO2NPs對(duì)于低分子量區(qū)域（<500 Da）的物質(zhì)具有非常強(qiáng)的解析能力。 Wu等[5]利用多巴胺包被TiO2，大大提高了TiO2的基質(zhì)性能，使得部分化合物的檢測(cè)限降低了10～30倍。使用這種新方法，超過100種分子（包括氨基酸、生物堿、游離脂肪酸、肽和脂質(zhì)）得到了很好的質(zhì)譜成像結(jié)果。Horatz等[43]發(fā)現(xiàn)共軛聚合物具有優(yōu)異的基質(zhì)性能，并且可實(shí)現(xiàn)溶液加工，涂覆成薄膜，從而大大減少了基質(zhì)的用量，解決了基質(zhì)噴涂不均一的問題，且該類聚合物在正負(fù)離子模式下都顯示出非常好的電離能力。另外，Chen等[44]研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管作為基質(zhì)在負(fù)離子檢測(cè)模式下對(duì)于小分子物質(zhì)（如脂肪酸、氨基酸、多肽等）具有很強(qiáng)的解析能力，對(duì)于硬脂酸的檢出限可達(dá)到0.2 fmol。雖然無(wú)機(jī)納米材料基質(zhì)表現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)有機(jī)小分子基質(zhì)的諸多特性，但無(wú)機(jī)納米材料的性質(zhì)與其制備方法、尺寸等密切相關(guān)，因此在使用該類材料作為基質(zhì)時(shí)必須考慮重復(fù)性的問題?？傮w而言， 基質(zhì)的選擇和優(yōu)化都需要根據(jù)分析的組織和目標(biāo)分子進(jìn)行優(yōu)化和選擇。

目前，常用的基質(zhì)噴涂方式按機(jī)理的不同主要有三類：噴槍法、升華法、自動(dòng)噴霧法。其中，噴槍法是操作最為簡(jiǎn)單、效率最高的基質(zhì)噴涂方式，但是受人為操作因素影響較大，重復(fù)性差;升華法可制備均勻的基質(zhì)結(jié)晶薄層，但要求基質(zhì)在真空條件下具有一定的揮發(fā)性; 自動(dòng)噴霧法是目前應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最活躍的一種基質(zhì)噴涂方式，相較于前兩種方式，具有基質(zhì)結(jié)晶較為均勻、自動(dòng)化程度高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，幾乎所有的基質(zhì)都可使用該種方法并可獲得比較理想的噴涂效果，也是商業(yè)化的基質(zhì)噴涂裝置常用的噴涂方式。Gemperline等[45]的研究表明，在MALDI MSI分析中，自動(dòng)噴霧法制備樣品的成像分辨率和重現(xiàn)性均優(yōu)于噴槍法，升華法是其中成像分辨率最高和重現(xiàn)性最好的基質(zhì)噴涂方法，但檢測(cè)到脂質(zhì)的種類最少;Guo等[46]的研究表明，在負(fù)離子模式下，利用高壓電噴霧的方法進(jìn)行NEDC（N?（1?萘基）乙二胺鹽酸鹽）噴涂，能夠顯著增強(qiáng)對(duì)小分子代謝物質(zhì)（如脂肪酸、核苷類物質(zhì)等）的檢測(cè)靈敏度。Li等[12]利用自制高壓電噴霧的新型裝置可有效控制基質(zhì)的晶型，用于9?AA、CHCA、MBT及無(wú)機(jī)納米材料TiO2NPs等的噴涂，進(jìn)行鼠腦組織中脂質(zhì)成像時(shí)可獲得較高的分辨率和清晰度（圖2）。

3?MALDI MSI在阿爾茨海默病腦組織中成像的應(yīng)用

近年來(lái)，MALDI MSI被廣泛用于阿爾茨海默病腦組織成像，研究?jī)?nèi)容包括AD小鼠模型中淀粉樣蛋白Aβ的分布、AD小鼠模型中脂質(zhì)的分布、人類AD患者腦組織中淀粉樣蛋白Aβ和脂質(zhì)的分布。

3.1?AD小鼠模型中Aβ的分布

MALDI MSI對(duì)AD有貢獻(xiàn)的研究最初由Stoeckli等[47]建立，采用新鮮冷凍APP23轉(zhuǎn)基因小鼠的大腦組織切片，這是一種經(jīng)常使用的基于人淀粉樣前體蛋白（APP）過表達(dá)而表現(xiàn)出瑞典型突變的AD模型[48，49]。APP23轉(zhuǎn)基因小鼠顯示，6個(gè)月后，在皮質(zhì)和海馬中出現(xiàn)第一個(gè)淀粉樣蛋白的沉積物[49];此外，過度磷酸化的tau蛋白僅位于嗜剛性的斑塊中。因此，這種小鼠模型是理想的研究過表達(dá)Aβ的AD模型的候選模型。此外，使用芥子酸作為基質(zhì)，適于MALDI質(zhì)譜鑒定對(duì)應(yīng)于Aβ的m/z。將Aβ（1?37， 1?38， 1?39， 1?40和1?42）的MALDI MSI與用NT11抗血清進(jìn)行免疫染色的切片比較，Aβ1?40和免疫染色信號(hào)的特征可在空間上合理匹配，證明了淀粉樣蛋白Aβ1?40的殘留[50]。

3.2?AD小鼠模型中脂質(zhì)的分布

Hong等[51]進(jìn)一步研究了5XFAD小鼠中磷脂的變化。這些家族性阿爾茨海默?。‵AD）模型老鼠展示了淀粉樣蛋白前體蛋白中的3個(gè)突變型（瑞典型、佛羅里達(dá)型和倫敦型）和Presenilin1的兩個(gè)突變（M146L和L286V）型。這些小鼠在2個(gè)月后反映出快速發(fā)展的Aβ1?42的大量沉積、p25和神經(jīng)元的過度表達(dá)[52]。在3只3個(gè)月和9個(gè)月老鼠的新鮮冷凍腦組織切片上進(jìn)行MALDI MSI，并與年齡匹配的對(duì)照樣進(jìn)行比較，使用CHCA?DHB（1∶1，V/V）混合液作為基質(zhì)，在陽(yáng)離子和陰離子模式下，橫向分辨率為150 μm時(shí)，發(fā)現(xiàn)腦組織區(qū)域首先積累淀粉樣斑塊，并且額葉皮質(zhì)中磷脂32∶0 PC和下托管中32∶0 PC、34∶1 SM和34∶1 PC的豐度明顯降低，而16∶0 LPC在9個(gè)月的5XFAD小鼠額皮質(zhì)和下丘腦組織中均增加[18]。但是，共定位染色沒有顯示淀粉樣斑塊的這些特征。

Zhang等[53]研究發(fā)現(xiàn)，利用MALDI MSI對(duì)鼠腦組織中的神經(jīng)節(jié)苷脂進(jìn)行原位成像質(zhì)譜分析時(shí)，在負(fù)離子模式下，3?氨基喹啉是最適合對(duì)神經(jīng)節(jié)苷脂檢測(cè)的基質(zhì)，并且應(yīng)用70%乙醇和95%乙醇對(duì)鼠腦組織切片進(jìn)行預(yù)處理，可使成像信號(hào)增強(qiáng)。最后，在最適宜的條件下，對(duì)AD模型鼠腦組織中的神經(jīng)節(jié)苷脂進(jìn)行了成像。與正常鼠腦組織相比，AD模型鼠腦組織右腦組織中神經(jīng)節(jié)苷脂大量減少，小腦組織中神經(jīng)節(jié)苷脂幾乎消失，免疫染色結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)部位出現(xiàn)Aβ沉積，推測(cè)這可能是由于Aβ沉積與不飽和的神經(jīng)節(jié)苷脂反應(yīng)造成的（圖3）。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果為研究老年癡呆癥的發(fā)病機(jī)理研究提供了新的視角。

3.3?人類AD患者腦組織中Aβ和脂質(zhì)的分布

Rohner等[54]對(duì)AD患者的腦組織進(jìn)行質(zhì)譜成像分析，從質(zhì)譜圖中挑選出2個(gè)高表達(dá)的信號(hào)峰，其中m/z 4330.9的多肽集中分布于顱頂骨、枕骨的皮質(zhì)突出部;m/z 4515.1的多肽集中分布于海馬區(qū)域。與正常組織成像相比，具有明顯的空間特異性分布。進(jìn)一步鑒定這兩種蛋白，發(fā)現(xiàn)它們都為Aβ淀粉樣多肽，其中m/z 4330.9為Aβ1?40多肽，m/z 4515.1為Aβ1?42多肽。而AD的病理特征之一是在老年斑和血管壁上出現(xiàn)這些β淀粉樣多肽的沉積物，因此研究者推測(cè)這些多肽在腦組織組織中的出現(xiàn)可能與阿爾茨海默病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。

Kakuda等[55]采用MALDI MSI檢測(cè)一系列Aβ肽類在尸檢人腦組織中的空間分布。通過一些技術(shù)上的改進(jìn)（如對(duì)冰凍腦組織標(biāo)本進(jìn)行甲酸預(yù)處理），獲得如下結(jié)果： （1） Aβ1?42和Aβ1?43選擇性沉積于老年斑SP中，全長(zhǎng)的Aβ肽（如Aβ1?36、1?37、1?38、1?39、1?40和Aβ1?41）則沉積于軟腦組織膜血管中; （2）采用MALDI MSI觀察到N末端截短的Aβ1?40和Aβ1?42（包括第3位谷氨酸被焦谷氨酸修飾）的差異性沉積; （3） Aβ1?42和Aβ1?41之間僅C末端單一氨基酸的改變即可導(dǎo)致它們分布方式的巨大差異，這或許是由于Aβ1?40、Aβ1?41和Aβ1?42之間在體外自聚集能力的差異。使用新研制的Aβ1?41抗體的免疫組織化學(xué)進(jìn)一步驗(yàn)證這些結(jié)果， 采用MALDI MSI觀察到，Aβ肽類截短或修飾的C末端和N末端片段在AD患者腦組織中的差異性分布呈現(xiàn)時(shí)空特異性。特別是，MALDI MSI和IHC均檢測(cè)到Aβ1?41，表明僅改變Aβ的C末端一個(gè)氨基酸，即可導(dǎo)致顯著的分布變化

雖然MALDI MSI常用于蛋白質(zhì)和肽分析，但也可檢測(cè)脂質(zhì)分布的變化。Yuki等[56]研究了死后人腦組織中的鞘脂硫酸鹽的羥基化和非羥基化的物種的分布。有研究表明，硫苷脂（鞘脂的主要成分）的減少是潛在的早期AD病理特征，可能是在疾病中發(fā)現(xiàn)的皮質(zhì)去鞘脂和少突膠質(zhì)細(xì)胞變性的一種潛在的分子機(jī)制[57]。與健康控制組大腦組織相比，在白色到灰質(zhì)的邊界，AD大腦組織羥基化與非羥基化的鞘脂硫酸鹽物種比率不同[56]。雖然結(jié)果需要進(jìn)一步完善和確定， 但以上這些結(jié)果表明，通過羥基化生成鞘脂硫酸鹽的機(jī)制是AD中鞘脂硫酸鹽異常的基礎(chǔ)。

隨后，Yuki等[58]對(duì)含有磷脂酰膽堿的二十二碳六烯酸的種類（DHA?PC）在AD患者腦組織中和正常對(duì)照組的分布進(jìn)行了比較（空間分辨率： 50 μm）。 受AD影響的大腦組織顳葉、頂葉和額葉部位的灰質(zhì)中16∶0/22∶6 DHA?PC和18∶0/22∶6 DHA?PC的相對(duì)強(qiáng)度較低，而16∶0/16∶0 DHA?PC的相對(duì)強(qiáng)度沒有改變（圖4）。此外，還確定了18∶0/22∶6 DHA?PC的減少與AD疾病持續(xù)時(shí)間及早期的死亡年齡相關(guān)[59]， 推測(cè)是由于DHA?PC的裂解產(chǎn)物可作為抗凋亡因子。 因此，AD患者腦組織中DHA?PC強(qiáng)度較低會(huì)影響神經(jīng)細(xì)胞死亡[60]。

4?總結(jié)與展望

結(jié)合臨床、遺傳和病理學(xué)觀察，MALDI MSI檢測(cè)到淀粉樣蛋白Aβ及部分脂質(zhì)在小鼠AD模型和人類AD患者腦組織中的分布，但由于其它含量豐富的物質(zhì)的干擾及其自身復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，使得AD中Aβ蛋白和脂質(zhì)的研究仍充滿挑戰(zhàn)。未來(lái)，隨著新型基質(zhì)的不斷開發(fā)、新的樣品制備方法的涌現(xiàn)、儀器性能的不斷改進(jìn)和提高， MALDI MSI技術(shù)可作為深入了解AD病理機(jī)制的有效方法，為Aβ和脂質(zhì)在AD腦組織中的精確分布及兩者之間相互作用對(duì)AD發(fā)生和發(fā)展的影響的研究提供支持。

References

1?Ballard C， Gauthier S， Corbett A， Brayne C. Lancet， ?2011， 377： 1019-1031

2?Armstrong R A. Folia Neuropathol.， ?2013， ?51（3）： 169-188

3?Hardy J A， Higgins G A. Science， ?1992， ?256（5054）： 184-185

4?Stoeckli M， Chaurand P， Haliahan D E. Nat. Med.， ?2001， ?7（4）： 493-496

5?Wu Q， Chu J L， Rubakhin S S， Gillette M U， Sweedler J V. Chem. Sci.， ?2017， ?8： 3926

6?Bednarik A， Bolsker S， Soltwisch J， Dreisewerd K. Angew. Chem. Int. Ed.， ?2018， ?57： 12092-12096

7?He H X， Qin L， Zhang Y W， Han M M， Li J M， Liu Y Q， Qiu K D， Dai X Y， Li Y Y， Zeng M M， Guo H H， Zhou Y J， Wang X D. Anal. Chem.， ?2019， ?91（4）： 2634-2643

8?Bakker B， Eijkel G B， Heeren R M A， Karperien M， Post J N， Cillero?Pastor Berta. Anal. Chem.， ?2017， ?89（17）： 9438-9444

9?Mallah K， Quanico J， Trede D， Kobeissy F， Zibara K， Salzet M， Fournier I. Anal. Chem.， ?2018， ?90（17）： 10568-10576

10?Caprioli R M， Farmer T B， Glie J. Anal. Chem.， ?1997， ?69（23）： 4751-4760

11?Chaurand P， Caprioli R M. Electrophoresis， ?2002， ?23（18）： 3125-3135

12?Li S L， Zhang Y Y， Liu J A， Han J J， Guan M， Yang H， Lin Y， Xiong S X， Zhao Z W. Sci. Rep.， ?2016， ?6： 37903

13?Karas M， Hillenkamp F. Anal. Chem.， ?1988， ?60（20）： 2299-2301

14?Spengier B， Hubert M. J. Am. Soc. Mass Spectrom.， ?2002， ?13（6）： 735-748

15?Stoeckli M， Farmer T B， Caprioli R M. J. Am. Soc. Mass Spectrom.， ?1999， ?10（1）： 67-71

16?Caldwell R L， Caprioli R M. Mol. Cell. Proteomics， ?2005， ?4（4）： 394-401

17?Guan M， Zhang Z， Li S L， Liu J A， Liu L， Yang H， Zhang Y Y， Wang T， Zhao Z W. Talanta， ?2018， ?179： 624-631

18?Yang H， Ji W L， Guan M， Li S L， Zhang Y Y， Zhao Z W， Mao L Q. Metabolomics， ?2018， ?14： 50

19?Li Z， Guan M， Lin Y， Cui X， Zhang Y Y， Zhao Z W， Zhu J Y. Int. J. Mol. Sci.， ?2017， ?18： 2550

20?Jackson S N， Wang H， Woods A S. J. Am. Soc. Mass Spectrom.， ?2007， ?18： 17-26

21?Colsch B， Woods A S. Glycobiology， ?2010， ?20： 661-667

22?Jackson S N， Wang H Y， Woods A S. J. Am. Soc. Mass Spectrom.， ?2005， ?16： 2052-2056

23?Woods A S， Jackson S N. AAPS J.， ?2006， ?8： E391-E395

24?Vermillion?Salsbury R L， Hercules D M. Rapid Commun. Mass Spectrom.， ?2002， ?16： 1575-1581

25?Edwards J L， Kennedy R T. Anal. Chem.， ?2005， ?77（7）： 2201-2209

26?Vaidyanathan S， Goodacre R. Rapid Commun. Mass Spectrom.， ?2007， ?21： 2072-2078

27?Shroff R， Muck A， Svato A. Rapid Commun. Mass Spectrom.， ?2007， ?21： 3295-3300

28?Cerruti C D， Benabdellah F， Laprévote O， Touboul D， Brunelle A. Anal. Chem.， ?2012， ?84（5）： 2164-2171

29?Thomas A， Charbonneau J L， Fournaise E， Chaurand P. Anal. Chem.， ?2012， ?84（4）： 2048-2054

30?Shen H， Kuo C C， Chou J， Delvolve A， Jackson S N， Post J， Woods A S， Hoffer B J， Wang Y. FASEB J.， ?2009， ?23： 1958-1968

31?Zhang Y D， Li H F， Ma Y， Lin J M. Sci. China Chem.， ?2014， ?57： 442-446

32?Astigarraga E， Barreda?Gómez G， Lombardero L， Fresnedo O， Castano F， Giralt M T， Ochoa B， R odríguez?Puertas R， Fernández J A. Anal. Chem.， ?2008， ?80（23）： 9105-9114

33?Le C H， Han J， Borchers C H. Anal. Chem.， ?2012， ?84（19）： 8391-8398

34?Wang X D， Han J， Pan J X， Borchers C H. Anal. Chem.， ?2014， ?86（1）： 638-646

35?Wang X D， Han J， Chou A， Yang J C， Pan J X， Borchers C H. Anal. Chem.， ?2013， ?85： 7566-7573

36?Chen R， Xu W J， Xiong C Q， Zhou X Y， Xiong S X， Nie Z X， Mao L Q， Chen Y， Chang H C. Anal. Chem.， ?2012， ?84（1）： 465-469

37?Wang J N， Qiu S L， Chen S M， Xiong C Q， Liu H H， Wang J Y， Zhang N， Hou J， He Q， Nie Z X. Anal. Chem.， ?2015， ?87（1）： 422-430

38?Liu H H， Zhou Y M， Wang J Y， Xiong C Q， Xue J J， Zhan L P， Nie Z X. Anal. Chem.， ?2018， ?90（1）： 1729-1736

39?Zhan L P， Xie X B， Li Y F， Liu H H， Xiong C Q， Nie Z X. Anal. Chem.， ?2018， ?90（30）： 1525-1530

40?Liu H， Chen R， Wang J， Chen S， Xiong C， Wang J， Hou J， He Q， Zhang N， Nie Z， Mao L. Anal. Chem.， ?2014， ?86（20）： 10114-10121

41?Schwartz S A， Reyzer M L， Caprioli R M. J. Mass Spectrom.， ?2003， ?38： 699-708

42?Shrivas K， Hayasaka T， Sugiura Y， Setou M. Anal. Chem.， ?2011， ?83（19）： 7283-7289

43?Horatz K， Giampa M， Karpov Y， Sahre K， Bednarz H， Kiriy A， Voit B， Niehaus K， Hadjichristidis N， Michels D L， Lissel F. J. Am. Chem. Soc.， ?2018， ?140（36）： 11416-11423

44?Chen S M， Zheng H Z， Wang J N， Hou J， He Q， Liu H H， Xiong C Q， Kong X L， Nie Z X. Anal. Chem.， ?2013， ?85（14）： 6646-6652

45?Gemperline E， Rawson S， Li L. Anal. Chem.， ?2014， ?86（20）： 10030-10035

46?Guo S， Wang Y M， Zhou D， Li Z L. Anal. Chem.， ?2015， ?87（12）： 5860-5865

47?Stoeckli M， Staab D， Staufenbiel M， Wiederhold K H， Signor L. Anal. Biochem.， ?2002， ?311： 33-39

48?Debby V D， Vloeberghs E， Abramowski D， Staufenbiel M. ?CNS Spectr.， ?2005， ?10： 207-222

49?Sturchler?Pierrat C， Abramowski D， Duke M， Wiederhold K H. Proc. Natl. Acad. Sci. USA， ?1997， ?94： 13287-13292

50?Paganetti P A， Lis M， Klafki H W， Staufenbiel M. J. Neurosci. Res.， ?1996， ?46： 283-293

51?Hong J H， Kang J W， Kim D K， Baik S H， Kim K H， Shanta S R， Jung J H， Jung I M， Kim K P. J. Lipid Res.， ?2016， ?57： 36-45

52?Oakley H， Cole S L， Logan S， Maus E. J. Neurosci.， ?2006， ?26： 10129-10140

53?Zhang Y Y， Wang J， Liu J A， Han J J， Xiong S X， Yong W D， Zhao Z W. Sci. Rep.， ?2016， ?6： 25289

54?Rohner T C， Staab D， Stoeckli M. Mech. Ageing Dev.， ?2005， ?126（1）： 177-185

55?Kakuda N， Miyasaka T， Iwasaki N， Nirasawa T， Wada?Kakuda S， Takahashi?Fujigasaki J， Murayama S， Ihara Y， Ikegewa M. Acta Neuropathol. Commun.， ?2017， ?5： 73

56?Yuki D， Sugiura Y， Zaima N， Akatsu H. Neuroscience， ?2011， ?193： 44-53

57?Han X， Holtzman D M， McKeel D W， Kelley J， Morris J. C. J. Neurochem.， ?2002， ?82： 809-818

58?Yuki D， Sugiura Y， Zaima N， Akatsu H. Sci. Rep.， ?2014， ?4： 7130

59?Grimm M O， Grosgen S， Riemenschneider M， Tanila H. J. Chromatogr. A， ?2011， ?1218： 7713-7722

60?Lukiw W J， Cui J G， Marcheselli V L， Bodker M. J. Clin. Invest.， ?2005， ?115： 2774-2783

Research Progress of Matrix Assisted Laser Desorption Ionization

Mass Spectrometry Imaging of Alzheimer's Disease Brain

ZHANG Yang?Yang*1， HAN Chao1，2， ZHAO Zhen?Wen*1，2

1（Institute of Chemistry， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100190， China）

2（University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China）

Abstract?Alzheimer's disease （AD） is an age?related neurological disorder， affecting millions of people around the world， but the exact cause of the disease remains unclear. Matrix assisted laser desorption ionization mass spectrometry imaging （MALDI MSI） analysis technology not only enables material identification， but also spatially images the analytes. In recent years， MALDI MSI technique has been widely applied to the study of the distribution of β?amyloid （Aβ） and lipid in AD brain tissue. The principle， methodology of MALDI MSI and related research progress of the mechanism of AD treatment were reviewed in this paper， and the prospects for its development were also anticipated.

Keywords?Alzheimer's disease; Matrix assisted laser desorption ionization mass spectrometry imaging; Review