《ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL CHEMISTRY》：Spatial lipidomic profile remodeling in neutropenic cystic fibrosis–like lung tissue revealed by IR-MALDESI mass spectrometry imaging
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囊性纤维化（CF）患者肺内中性粒细胞的募集与聚集维持了慢性肺部炎症的恶性循环。磷脂构成肺表面活性物质的主要成分，在CF肺等疾病状态下，磷脂分布与丰度的改变提示代谢与细胞调控异常。研究人员利用β-ENaC转基因小鼠（作为CF肺部环境的表型拷贝模型）和红外基质辅助
囊性纤维化（CF）患者肺内中性粒细胞的募集与聚集维持了慢性肺部炎症的恶性循环。磷脂构成肺表面活性物质的主要成分，在CF肺等疾病状态下，磷脂分布与丰度的改变提示代谢与细胞调控异常。研究人员利用β-ENaC转基因小鼠（作为CF肺部环境的表型拷贝模型）和红外基质辅助激光解吸电喷雾电离（IR-MALDESI）质谱成像（MSI）技术，探究中性粒细胞对肺脂质组学景观的影响。组织学驱动的MSI结合定位依赖的上皮衬覆气道与肺实质组织分离，揭示了与转基因肺及中性粒细胞负荷相关的显著脂质重塑。IR-MALDESI MSI首次鉴定出85种差异脂质和代谢物，包括关键的中性粒细胞募集因子白三烯B4（LTB4）。磷脂酰甘油（PG）和二酰甘油（DG）在β-ENaC组织中差异性上调，而磷脂酸（PA）相对野生型组织下调。这些改变与显著的黏液栓塞同时出现，支持CF中肺脂质组成的广泛重塑。值得注意的是，在转基因肺中诱导中性粒细胞减少可使β-ENaC脂质组学谱在肺实质和上皮衬覆气道特征中向野生型基线偏移或完全恢复。这些发现揭示了钠/氯转运失衡和中性粒细胞负荷对肺组织空间脂质组重塑的影响。
囊性纤维化（CF）是一种累及多系统的慢性隐性遗传病，全球患者超过10万人。CF由囊性纤维化跨膜传导调节因子（CFTR）通道突变引起，导致上皮膜氯离子转运障碍。在肺部，氯离子在气道上皮内蓄积的同时，上皮钠通道（ENaC）介导的钠吸收代偿性增加，由此引起的胞质NaCl升高使气道表面液体（ASL）脱水并增稠，削弱黏液纤毛清除功能，促进细菌蓄积和慢性多种微生物感染。在CF肺基线状态下，中性粒细胞被白三烯等脂质介质过度募集以对抗感染，但CF肺独特的气道上皮生化微环境损害了中性粒细胞胞外诱捕网（NETs）的抗菌活性，导致过量蛋白蓄积、ASL进一步增稠，并加重黏液诱导的气道阻塞。中性粒细胞驱动的炎症由此促进慢性感染，整体恶化肺部病理和症状严重程度。尽管许多CF患者符合高效调节剂疗法（HEMT）的条件，但覆盖所有基因型的治疗仍存在显著空白。现有动物模型限制了有效疗法的发现和临床前开发。经典的CFTR敲除（KO）动物模型往往不能表现人类疾病的关键症状，这与CFTR KO小鼠模型中补偿性Ca2?激活氯通道（CaCC）的活性有关。因此，研究人员采用在棒状细胞中表达ENaC通道β亚基转基因的CF样肺表型拷贝小鼠模型（β-ENaC-Tg），该模型虽CFTR功能完整，但重现了CF肺的关键特征，包括ASL体积减少、黏液纤毛清除缺陷和基线中性粒细胞增多。鉴于黏液栓塞和气道阻塞是导致慢性感染和炎症的关键特征，肺表面活性物质（脂质含量>90%，以磷脂为主）及其他炎症相关脂质的定位是本研究的核心焦点。研究人员利用IR-MALDESI技术评估了CF样模型系统中中性粒细胞操控导致的脂质定位与重塑，旨在加深对潜在慢性代谢功能障碍和炎症的理解，为开发靶向脂质稳态或中性粒细胞的气道离子转运平衡疗法提供依据。
研究人员开展了以下研究：采用2×2实验设计，将小鼠分为野生型（WT）/对照、β-ENaC/对照、WT/中性粒细胞减少、β-ENaC/中性粒细胞减少四组。通过腹腔注射环磷酰胺（CYP）诱导中性粒细胞减少，利用IR-MALDESI MSI在负离子模式下进行脂质成像分析，结合H&E染色组织学指导的组织分割，区分上皮衬覆气道结构和肺实质区域，采用三因素对齐秩变换（ART）混合效应方差分析进行统计比较。研究得出以下结论：IR-MALDESI MSI可作为肺组织脂质组学分析的补充技术；CYP诱导的中性粒细胞减少可通过降低LTB4丰度得到验证；在β-ENaC过表达小鼠模型中，中性粒细胞驱动的脂质组重塑在全局和靶向水平均得到评估；中性粒细胞耗竭可恢复脂质谱并逆转CF样肺脂质景观，但不能恢复PA种类，表明单纯减少中性粒细胞负荷可能不足以主动协助重编程或修复脂质代谢；PG分析揭示β-ENaC组织中的上调取决于饱和度，并与PA和DG的失调程度相协调，凸显了PA在维持信号功能、结构屏障和脂质稳态中的重要性；区域特异性代谢功能障碍及仅基于中性粒细胞耗竭的后续挽救支持炎症驱动的中性粒细胞增多是CF样表型和脂质组重塑的主要贡献者。这些发现将中性粒细胞驱动的炎症确定为CF样脂质失调的关键驱动因素，并支持IR-MALDESI MSI作为研究肺部疾病和治疗反应平台的实用性。
本研究采用的主要关键技术方法包括：IR-MALDESI MSI（红外基质辅助激光解吸电喷雾电离质谱成像），以冰为外源基质，在负离子模式下进行脂质成像分析；组织学指导的组织分割策略，利用H&E染色连续切片与离子热图叠加，精确区分上皮衬覆气道和肺实质区域；METASPACE平台结合LIPID MAPS和HMDB数据库进行脂质注释；三因素ART混合效应方差分析结合Benjamini-Hochberg校正进行统计推断。样本来源为8–10周龄雌性BALB/c野生型和同源Scnn1b转基因（β-ENaC-Tg）小鼠。
研究结果如下：
IR-MALDESI作为肺组织MSI新兴技术的应用：通过H&E染色连续切片结合血红素、PS(38:4)、泛酰巯基乙胺和谷胱甘肽等定位离子的热图，成功建立了组织学准确的组织分割方法，区分血液、心脏、肺实质和上皮衬覆气道结构，为后续疾病状态和治疗特异性分析奠定基础。
CYP诱导中性粒细胞减少的验证：IR-MALDESI无需衍生化即可检测LTB4，MS/MS碎裂模式和同位素分布与标准品高度一致，质量测量精度达亚ppm级。CYP处理后LTB4离子丰度显著降低13倍（p<0.001），证实了中性粒细胞减少条件的治疗效果。
负离子模式IR-MALDESI MSI脂质注释：共注释85种甘油磷脂，包括[M-H]?和[M+Cl]?加合物，以PA和PG为主，其次为DG和PC。火山图分析显示，β-ENaC组织中PGs一致升高，而健康组织中PAs更丰富。PGs升高与黏液栓塞和肺表面活性物质功能障碍一致，PAs降低提示CF样表型导致的代谢失调。多种氯加合DG在β-ENaC对照组织中上调，但在WT和中性粒细胞减少的β-ENaC组织中缺失，提示其作为信号分子与中性粒细胞趋化和炎症条件相关。
诱导中性粒细胞减少显著影响肺脂质微环境：PG(34:1)和PG(32:0)在β-ENaC组织中上调，中性粒细胞减少后在上皮衬覆气道区域显著向WT基线偏移。PG(16:0)作为疾病特异性脂质，在β-ENaC组织的气道和肺实质中均显著上调，CYP处理后肺实质中恢复至与健康组织无统计学差异水平，气道中亦显著降低。PA(36:3)在β-ENaC组织中全局降低，CYP处理后进一步耗竭，提示中性粒细胞减少无法恢复耗竭的PA池。DG(32:0)在β-ENaC气道特征中显著上调，CYP处理后完全恢复至健康基线。PGs和DGs上调伴随PAs下调，与PA作为磷脂生物合成关键前体的核心作用一致，中性粒细胞减少部分或完全逆转了该表型，但PA正常化未发生。
讨论部分总结：本研究表明IR-MALDESI MSI可作为肺组织脂质组学分析的补充技术，并通过降低LTB4丰度验证了化疗诱导的中性粒细胞减少。利用β-ENaC过表达小鼠模型，在全局和靶向水平评估了CF样肺病中中性粒细胞驱动的脂质组重塑。中性粒细胞耗竭可恢复脂质谱并逆转CF样肺脂质景观，但未能恢复PA种类，表明单纯耗竭中性粒细胞负荷可能不足以主动协助重编程或修复脂质代谢。PG分析揭示β-ENaC组织中的上调取决于饱和度，并与PA和DG的失调程度相协调，凸显了PA在维持信号功能、结构屏障和脂质稳态中的重要性，尤其在肺表面活性物质和气道表面液体中。区域特异性代谢功能障碍及仅基于中性粒细胞耗竭的后续挽救支持炎症驱动的中性粒细胞增多是CF样表型和脂质组重塑的主要贡献者。研究也存在若干局限性：CYP耗竭中性粒细胞虽有效但非特异性，可能影响其他细胞群；未来研究需探索性别依赖性差异、增加生物学重复、在正负离子模式下进行分析，并通过靶向分子验证和替代治疗实现的中性粒细胞减少进一步明确重塑机制。
研究结论翻译：本研究将IR-MALDESI MSI确立为肺组织脂质组学分析的补充技术，并通过降低白三烯B4丰度验证了化疗诱导的中性粒细胞减少。利用β-ENaC过表达小鼠模型，在全局和靶向水平评估了CF样肺病中中性粒细胞驱动的脂质组重塑。中性粒细胞耗竭可恢复脂质谱并逆转CF样肺脂质景观，但未能恢复PA种类，表明单纯耗竭中性粒细胞负荷可能不足以主动协助重编程或修复脂质代谢。磷脂酰甘油分析揭示β-ENaC组织中的上调取决于饱和度，并与PA和DG的失调程度相协调，凸显了磷脂酸在维持信号功能、结构屏障和脂质稳态中的重要性，尤其在肺表面活性物质和气道表面液体中。区域特异性代谢功能障碍及仅基于中性粒细胞耗竭的后续挽救支持炎症驱动的中性粒细胞增多是CF样表型和脂质组重塑的主要贡献者。这些发现将中性粒细胞驱动的炎症确定为CF样脂质失调的关键驱动因素，并支持IR-MALDESI MSI作为研究肺部疾病和治疗反应平台的实用性。
