单细胞质谱技术揭示胺碘酮诱导的磷脂酰胆碱在活细胞层状体中的区域特异性积累

本研究针对药物诱导磷脂沉积症(DIPL)的机制未明问题，开发了基于nanoESI-MS/MS的单细胞分析技术，首次在活细胞水平证实胺碘酮处理导致磷脂酰胆碱(PCs)在层状体中特异性积累，鉴定出PC34:1和PC32:0为关键累积物种，为阐明DIPL发病机制提供了新方法学工具。

　　

胺碘酮作为临床常用的抗心律失常药物，长期使用可能引发药物诱导磷脂沉积症（Drug-induced phospholipidosis, DIPL），其特征是细胞内形成多层膜结构的层状体（lamellar bodies）并伴随磷脂异常积累。尽管这种现象已被发现数十年，但磷脂在亚细胞器水平的分布特征及其分子机制仍不清楚，这直接影响了临床用药安全评估和新药研发进程。传统基于组织匀浆的检测方法无法解析磷脂的细胞内空间分布信息，而现有成像技术又难以实现活细胞中特定代谢物的精准鉴定。

针对这一科学难题，日本学术振兴会资助的研究团队在《Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis》发表创新成果。研究人员开发了活细胞单细胞质谱技术，通过纳米电喷雾电离串联质谱（nanoESI-MS/MS）结合高分辨质谱，首次实现了胺碘酮处理细胞中磷脂酰胆碱（phosphatidylcholines, PCs）的单细胞水平区域特异性分析。

关键技术包括：1）活细胞单细胞捕获技术，使用3-10 μm内径导电玻璃毛细管在显微镜下精准采样；2）基于m/z 184特征碎片离子的PCs选择性检测策略；3）高分辨质谱精确质量分析结合PCs侧链鉴定。研究使用人源细胞模型，通过比较胺碘酮处理组与对照组的单细胞质谱数据，结合层状体区域特异性采样进行分析。

主要研究结果

PCs在单细胞水平的检测
通过nanoESI-MS/MS的前体离子扫描模式，利用PCs分子中磷酸胆碱基团产生的特征性m/z 184碎片离子，实现了单细胞中痕量PCs的高灵敏度检测。质谱信号强度分析显示胺碘酮处理组细胞总PCs含量显著升高。

层状体中PCs的积累特征
区域特异性采样分析发现，PC34:1（16:0_18:1）和PC32:0（16:0_16:0）两种PCs在层状体中的浓度显著高于胞浆。高分辨质谱精确质量测定（质量误差<5 ppm）结合MS/MS侧链分析确认了这些PCs的分子结构。

分子机制启示
积累的PCs物种特征提示胺碘酮可能通过抑制溶酶体磷脂酶A2（lysosomal phospholipase A2）干扰磷脂代谢通路。层状体中特定PCs的优先积累现象为解释DIPL的亚细胞器水平病理改变提供了直接证据。

结论与意义
该研究建立了首个能在活单细胞水平解析磷脂区域分布的分析方法，填补了DIPL研究在亚细胞分辨率层面的技术空白。发现PC34:1和PC32:0在层状体的特异性积累，不仅为理解胺碘酮的细胞毒性机制提供了分子层面的解释，更为其他CADs药物的安全性评价提供了新思路。方法学上的突破使得未来在单细胞尺度研究其他磷脂代谢异常相关疾病（如尼曼-匹克病）成为可能。

研究团队包括通讯作者Kenichiro Todoroki和第一作者Aogu Furusho等强调，该技术可进一步拓展应用于其他磷脂类物质和代谢物的单细胞区域分析，对于揭示溶酶体贮积疾病的分子机制具有重要价值。日本学术振兴会（JSPS）资助编号19K07028和22K06551支持了本项工作。