新型LC-MS技术揭示细胞肌醇代谢基本特征及其在双相情感障碍治疗中的机制研究

本研究针对细胞内游离肌醇(myo-inositol)定量检测的技术瓶颈，开发了一种基于液相色谱-质谱联用(LC-MS)的高灵敏度分析方法。该方法成功解析了葡萄糖、果糖与三种肌醇异构体(myo-/scyllo-/chiro-inositol)，并在酿酒酵母(S. cerevisiae)和哺乳动物细胞中验证了其定量能力。研究首次直接证实锂治疗通过抑制肌醇单磷酸酶(IMPA1)降低神经元肌醇水平的假说，为双相情感障碍(BD)治疗机制提供了关键证据，同时揭示了不同细胞系肌醇代谢的显著异质性。

　　

肌醇作为真核细胞必需的小分子，不仅是信号分子如肌醇磷酸盐(InsPs)和磷脂酰肌醇磷酸盐(PtdInsPs)的结构骨架，更参与调控包括神经信号传导在内的多种生理过程。然而长期以来，由于游离肌醇不带电荷且极性强的特性，其精确检测面临重大技术挑战，导致对细胞内肌醇稳态调控机制的理解严重滞后。更令人困扰的是，尽管锂盐作为双相情感障碍的一线药物已使用半个多世纪，其通过抑制肌醇单磷酸酶(IMPA1)来耗竭肌醇的经典假说却始终缺乏直接实验证据。这些知识空白严重阻碍了针对肌醇代谢相关疾病的新药开发进程。

来自英国医学研究委员会资助的研究团队在《Biochemical Journal》发表重要成果，通过创新性地开发亲水相互作用色谱(HILIC)与质谱联用技术，建立了可同时定量细胞内糖类分子和肌醇异构体的分析方法。研究采用有机溶剂提取法优化样本前处理，利用氯离子加合效应增强电喷雾电离灵敏度，结合¹³C₆-肌醇同位素标记实现内源/外源肌醇的精准区分。

方法学验证部分显示，该方法在10-1000皮摩尔范围内呈现优异线性(R²>0.99)，能清晰分辨三种糖类(葡萄糖、果糖、肌醇)和三种肌醇异构体(myo-、scyllo-、chiro-)。在酵母模型中，研究证实转录抑制因子Opi1不仅调控肌醇合成酶INO1和转运蛋白ITR1表达，还新发现其介导外源肌醇对内源合成的反馈抑制。

哺乳细胞研究获得突破性发现：

1. 细胞异质性：五类细胞系肌醇浓度差异达100倍(MDA-MB-231高达672.6 nmol/mg，而HepG2仅7.7 nmol/mg)
2. 异构体特征：所有测试细胞均能合成和摄取scyllo-肌醇(占myo-肌醇3%)，但均不代谢chiro-肌醇
3. 饥饿响应：HEK293T通过表达肌醇-3-磷酸合成酶(ISYNA1)维持稳态，而MDA-MB-231则出现50倍波动

最引人注目的是在神经元实验中获得"锂抑制假说"的直接证据：原代皮层神经元经5天1 mM LiCl处理后，肌醇水平骤降70%，而在HEK293T细胞中无此效应，完美解释了锂盐的中枢神经特异性作用机制。

讨论部分指出，该研究解决了领域内多个长期争议：首次证实哺乳动物细胞存在scyllo-肌醇代谢途径，提示其可能参与阿尔茨海默病的淀粉样蛋白调控；发现chiro-肌醇的治疗作用可能通过胞外机制实现，为多囊卵巢综合征(PCOS)治疗提供新思路。技术层面，相比传统放射性标记SAX-HPLC仅能检测外源肌醇，新方法实现了内源合成通路的直接观测，揭示细胞内可能存在多个肌醇代谢池。

这项研究建立的LC-MS平台为深入探索肌醇代谢与人类疾病关联提供了强大工具，其揭示的细胞类型特异性调控机制为靶向药物开发指明方向。特别是关于锂盐作用机制的实验验证，不仅巩固了现有双相障碍治疗方案的科学基础，更为开发新一代IMPA1抑制剂铺平了道路。研究者特别强调，该方法的高通量特性使其在疾病生物标志物筛查和药物筛选领域具有广阔应用前景。