激光捕获显微切割-气相色谱-三重四极杆质谱联用技术在食管鳞癌空间代谢图谱研究中的创新应用

为突破现有空间代谢组学在代谢物覆盖度、异构体区分及临床样本适用性等方面的局限，中国科学院团队开发了基于激光捕获显微切割(LCM)与气相色谱-三重四极杆质谱(GC-MRM-MS)的联用技术。该方法实现了临床食管鳞癌(ESCC)组织切片中88种代谢物的精准空间定位，发现癌巢代谢特征与癌旁组织(ANT)的相似性，为肿瘤微环境研究提供了高灵敏度、强特异性的新工具。

　　

在精准医学和单细胞分析快速发展的今天，空间代谢组学已成为揭示疾病微环境分子机制的重要突破口。然而，传统质谱成像技术(MSI)面临灵敏度不足、基质干扰严重、难以区分异构体等挑战，尤其对分子量小于500 Da的小分子代谢物检测效果欠佳。现有技术如基质辅助激光解吸电离(MALDI)和解吸电喷雾电离(DESI)虽能实现脂质成像，但在临床常用的福尔马林固定石蜡包埋(FFPE)样本分析中仍存在局限。

针对这一技术瓶颈，中国科学院大连化学物理研究所团队在《Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis》发表创新研究，开发了激光捕获显微切割(LCM)辅助的气相色谱-三重四极杆质谱(GC-MRM-MS)空间代谢分析平台。该研究通过优化LCM采样、代谢物提取及衍生化方法，建立了日内/日间精密度小于20%、线性范围达三个数量级的分析方法。应用该技术对8对食管鳞癌(ESCC)及癌旁组织(ANT)进行空间解析，成功鉴定出88种涵盖多类别的代谢物，首次揭示不同病理形态区域的代谢异质性：ANT组织中癌巢区域的代谢特征更接近ESCC，而鳞状上皮增生组织的含氨基化合物水平显著低于其他形态区域。

关键技术包括：(1)LCM精准获取FFPE组织特定区域；(2)优化50%甲醇提取方案保持组织形态完整性；(3)GC-MRM-MS多反应监测模式提升痕量代谢物检测灵敏度；(4)基于标准品库建立碰撞能量优化方法。样本来源于中国医学科学院附属医院提供的临床队列。

【样品处理】比较不同提取试剂对组织形态的影响，确定50%甲醇为最佳提取溶剂，避免甲酸(FA)导致的细胞结构破坏。
【方法验证】通过标准品验证显示方法检测限(LOD)达pg级，多数代谢物线性相关系数R²

0.99。
【ESCC应用】发现ANT不同形态间存在显著代谢差异，其中糖酵解中间体在癌巢区域富集，提示微环境代谢重编程。
【异构体区分】GC色谱分离结合MRM特异性离子对，成功区分亮氨酸/异亮氨酸等结构类似物。

该研究创建的LCM-GC-MRM-MS技术突破了传统MSI的技术瓶颈，首次实现临床FFPE样本的高覆盖度空间代谢分析。通过揭示ESCC进展过程中特定病理形态的代谢特征，为肿瘤早期诊断提供了新型分子标志物筛选平台。方法学创新包括：(1)将LCM空间分辨能力与GC-MS高灵敏度相结合；(2)解决临床样本衍生化效率难题；(3)建立适用于多种代谢类别的MRM数据库。研究获得中国科学院战略先导专项(XDB38020200)等基金支持，通讯作者为徐国旺研究员。这项技术为探索肿瘤异质性提供了全新工具，推动空间多组学技术在精准医疗中的应用。