表面采样毛细管电泳质谱联用技术实现空间代谢组学中异构体定量分析的突破性研究

本研究针对代谢物异构体在生物功能中的关键作用及现有空间代谢组学定量技术的局限性，开发了基于表面采样毛细管电泳质谱（SS-CE-MS）的定量方法。研究人员通过评估五种定量策略，确立了组织原位标准品连续进样的最优方案，并成功应用于大鼠脑组织切片中代谢物、神经递质及异构体（如亮氨酸/异亮氨酸）的空间定量分析。该方法为解析生物功能相关的空间生化过程提供了创新工具，相关成果发表于《Talanta》。

　　

代谢物及其异构体在生命活动中扮演着关键角色，但如何在组织原位实现高精度定量分析一直是科学界的难题。传统质谱成像（MSI）技术受限于异构体分辨能力，而液相色谱（LC）或毛细管电泳（CE）联用技术又面临样本前处理复杂、空间信息丢失等问题。瑞典团队在《Talanta》发表的研究，通过创新性整合表面采样技术与毛细管电泳质谱（SS-CE-MS），成功突破了这一技术瓶颈。

研究团队采用三种关键技术：1）表面采样（SS）直接捕获组织代谢物，避免样本破坏；2）毛细管电泳（CE）实现异构体（如亮氨酸/异亮氨酸）高效分离；3）多策略定量评估（包括模拟组织外标法和同位素内标法）。实验使用大鼠脑组织（Sprague Dawley品系）及γ-氨基丁酸-2,2-d₂
（GABA-d₂
）同位素标准品验证方法可靠性。

生物样本制备
通过制备脑组织匀浆、模拟组织及冷冻切片，建立标准化工作流程。其中模拟组织通过掺入梯度浓度GABA-d₂
构建定量基准。

结果与讨论
研究发现外标法在缓冲液、脑匀浆和模拟组织中均呈现线性响应，但操作繁琐。最优的一标法定量策略通过连续进样组织样本与标准品，实现原位校正。应用显示：芳香族氨基酸（酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸）在四个脑区呈动态分布，而亮氨酸始终比其异构体异亮氨酸丰度更高——这一发现为理解脑区特异性代谢调控提供了新视角。

结论与意义
该研究首次将SS-CE-MS技术拓展至定量空间代谢组学领域，其创新性体现在：1）保留完整空间信息的同时实现异构体分辨；2）建立可溯源的定量方法；3）揭示脑内代谢物异构体的区域分布规律。这项工作由Anastasia Golubova和Ingela Lanekoff合作完成，获瑞典战略研究基金会（ITM17-0014）资助，为神经退行性疾病等研究提供了重要技术支撑。