Nature Methods：第一个脊椎动物发育 4D 脂质图谱

洛桑联邦理工学院的研究人员创建了第一个脊椎动物发育 4D 脂质图谱，揭示了脂肪如何塑造我们的身体（从胚胎到生物体）。

　　

我们常常把胚胎发育比作一场基因芭蕾，完全由DNA和蛋白质编排。但还有另一位演员在默默地塑造着这出戏：脂质。这些脂肪分子不仅仅是燃料；它们在胚胎发育过程中发挥着结构、信号传导甚至模式塑造的作用。

尽管基因组学取得了进展，但我们仍未完全了解发育过程中身体不同部位代谢的安排。代谢难题中很大一部分是脂质，其结构和功能差异巨大，并且众所周知，很难以高分辨率和跨时间跨度绘制整个生物体的图谱。

先前的技术只能提供零散的快照，但由于缺乏详细的图谱，科学家无法追踪特定脂质在发育体内出现的位置和时间。这不仅限制了我们理解基础生物学的能力，也限制了我们理解代谢紊乱或先天性疾病如何发生的能力。

洛桑联邦理工学院（EPFL）的一组研究人员开发了一种新的计算方法，使他们能够构建脊椎动物胚胎（特别是斑马鱼）的首个4D脂质图谱。“4D”指的是在三维空间和第四维时间上绘制脂质图谱，从而捕捉脂质分布随胚胎发育的变化。他们利用成像质谱法和名为uMAIA的新型计算框架的创新组合，在空间和时间上追踪了100多种脂质类型。

这项研究由Gioele La Manno教授和Giovanni D'Angelo教授领导，与Andrew Oates团队合作。研究结果发表在《自然方法》杂志上。

研究团队使用了一种名为MALDI质谱成像的技术，扫描了处于不同发育阶段的斑马鱼胚胎“切片”，从而测量了不同脂质在组织切片中的位置。但处理这类数据并不容易，因为每个斑马鱼胚胎都会产生大量的光谱数据，这让解开谜题变得困难重重。

为了处理这些数据，该团队开发了 uMAIA（“统一质谱成像分析仪”），这是一种强大的算法，可以提取、对齐和规范化数据，将其转化为连贯、精确的图谱。它基本上可以将一堆嘈杂的数据转化为清晰的代谢发育影片。uMAIA 采用自适应图像提取技术，跨切片匹配相似分子，并校正技术噪声。最终呈现的是一个详细的高分辨率图谱，展示了脂质分布从早期胚胎到成熟鱼类的变化过程。

研究小组发现，脂质形成高度有序的模式，与解剖结构相匹配。例如，某些对细胞膜和信号传导至关重要的鞘脂类物质会积聚在鱼鳔中，这是一种类似于人类肺部的鱼类器官。其他一些脂质则聚集在发育中的大脑区域或骨骼形成区域。这些空间模式表明，脂质在塑造器官功能和特性方面发挥着关键作用。

了解脂质出现的位置和时间有助于研究人员理解发育性疾病，例如先天性代谢紊乱。它还可以为再生医学或组织工程提供信息。由于脂质代谢在癌症或阿尔茨海默病等疾病中经常被破坏，该图谱提供了一个比较的基准。

Gioele La Manno表示：“这项努力不仅带来了强大的资源，还带来了一把瑞士军刀，可以在其他健康和疾病系统中反复进行这种映射。”