《Journal of Proteome Research》：Integrated Hepatic Lipidome Analysis in Aging Mice
编辑推荐：
肝脏是一个代谢活跃的器官，对碳水化合物、蛋白质和脂质代谢以及有害物质的解毒至关重要。在此，研究人员整合了多反应监测（MRM）分析、非靶向脂质组学和解吸电喷雾电离-质谱成像（DESI-MSI）技术，以鉴定成年小鼠（3–4个月）、中年（10个月）和老年（19–21
肝脏是一个代谢活跃的器官，对碳水化合物、蛋白质和脂质代谢以及有害物质的解毒至关重要。在此，研究人员整合了多反应监测（MRM）分析、非靶向脂质组学和解吸电喷雾电离-质谱成像（DESI-MSI）技术，以鉴定成年小鼠（3–4个月）、中年（10个月）和老年（19–21个月）三个年龄组肝脏中与年龄相关的脂质谱变化。比较脂质组学分析揭示了膜磷脂和鞘脂的年龄依赖性重塑。衰老与磷脂酰胆碱（PC）、溶血磷脂酰胆碱（LPC）、磷脂酰丝氨酸（PS）、磷脂酰乙醇胺（PE）和磷脂酰肌醇（PI）的显著变化相关，其特征在于不饱和PC种类（PC 36:5, PC 36:4）和饱和PC 32:0水平降低，同时LPC和高不饱和PC 40:7增加。同时，鞘脂也发生改变，与成年和中年小鼠相比，神经酰胺（Cer 34:1; O2, CerP 36:1; O2, ACer 59:1; O2）和鞘磷脂（SM 34:1; O2, SM 34:0; O2）增加，而长链鞘磷脂（SM 40:1; O2, SM 42:1; O2, SM 40:2; O2）水平降低。此外，DESI-MSI揭示了单不饱和脂肪酸（棕榈油酸、油酸、二十碳烯酸）和多不饱和脂肪酸（亚油酸、二十二碳六烯酸）与年龄相关的变化。这些脂质变化在多个质谱平台上一致观察到，包括DESI-MSI获得的空间分辨脂质分布，并与膜结构、信号传导和代谢相关，为与年龄相关的肝脏功能障碍提供了新见解。
肝脏作为代谢活跃的核心器官，在碳水化合物、蛋白质和脂质代谢、葡萄糖稳态以及有害物质解毒中发挥关键作用。衰老导致肝脏再生能力下降、非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）和胰岛素抵抗风险增加，而脂质代谢紊乱是核心驱动因素。然而，目前对肝脏脂质组随年龄变化的系统认知仍不充分，现有脂质组学技术（如直接进样质谱或液相色谱-串联质谱）存在谱图重叠、标准品缺乏、数据库覆盖有限等局限。本研究旨在整合多反应监测（MRM）分析、非靶向液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）和解吸电喷雾电离-质谱成像（DESI-MSI）三种互补技术，全面表征成年（3–4个月）、中年（10个月）和老年（19–21个月）C57BL/6雄性小鼠肝脏脂质组的年龄相关变化，并与同一队列的脑脂质组和蛋白质组数据比较，以揭示器官特异性脂质重塑机制。该研究发表于《Journal of Proteome Research》。
研究人员采用以下关键技术方法：1）基于三重四极杆质谱（QQQ MS）的MRM分析，通过预先设定的诊断离子跃迁直接进样检测11类脂质（1257个MRM跃迁）；2）以超高效液相色谱（UHPLC）分离结合四极杆-飞行时间质谱（Q-TOF）的非靶向LC–MS/MS，通过谱库匹配鉴定310个脂质；3）DESI-MSI在150 μm空间分辨率下对冷冻肝切片进行常压电离成像，结合分割分析和UMAP聚类揭示脂质空间分布。样本来源为Purdue大学饲养的野生型雄性C57BL/6小鼠（成年5只、中年3只、老年5只），脂质提取采用改进的Bligh–Dyer法，以蛋白量归一化。
**Exploratory MRM Profiling of Aging Mouse Liver**：通过MRM分析检测到1257个脂质跃迁，涵盖11类脂质，其中磷脂酰胆碱（PC）跃迁数最多（138个）。统计比较显示344个跃迁在三个年龄组间显著差异（p ≤ 0.05），主成分分析（PCA）表明成年与老年组分离显著，中年组介于两者之间，提示年龄相关脂质变化呈非线性轨迹。层次聚类显示老年组115个脂质上调（FC ≥ 1.2）、174个下调（FC ≤ 0.8），相对成年组。
**Untargeted LC–MS/MS Analysis of Aging Mouse Liver**：非靶向LC–MS/MS鉴定310个脂质，其中79个显著差异。PCA在正负离子模式下均显示成年与老年组分离，中年组与成年组重叠较大。热图表明多数脂质随年龄下降，提示整体脂质代谢活性降低。与MRM分析一致，不饱和PC（PC 36:5, PC 36:4）和饱和PC 32:0水平下降，而溶血磷脂酰胆碱（LPC）和高不饱和PC 40:7上升。鞘脂变化方面，MRM显示部分神经酰胺（Cer）和鞘磷脂（SM）增加（如Cer 34:1; O2, SM 34:1; O2），而LC–MS/MS显示多数长链SM（如SM 38:1; O2, SM 40:1; O2）下降，仅SM 34:1; O2上升，差异可能源于MRM预选跃迁的局限性。
**Lipid Ontology Enrichment Analysis**：基于显著脂质的LION富集分析，MRM数据鉴定84个富集术语，LC–MS/MS数据鉴定40个术语。共同富集上调术语包括甘油磷脂酰胆碱（glycerophosphocholines）和d18:1鞘氨醇；下调术语包括二酰基甘油、三酰基甘油和甾醇酯。LC–MS/MS额外发现老年组中甘油磷脂、鞘磷脂、长链脂肪酸等多类术语下调，而PC 24:4、长链脂肪酸和多不饱和脂肪酸（PUFA）上调。线粒体磷脂酰乙醇胺（PE）在老年肝脏中增加，可能为维持线粒体功能的补偿机制。
**DESI Mass Spectrometry Imaging of Aging Mouse Liver**：DESI-MSI获取正负离子模式图像，分割和UMAP分析将组织像素分为11个簇，呈现年龄依赖性脂质空间异质性。鉴定290个脂质（正离子187个，负离子103个）。与MRM和LC–MS/MS一致，PC 36:5在成年组高表达，LPC 18:0和PC 40:7在老年组高表达。单不饱和脂肪酸（棕榈油酸、油酸）在老年组增加，而二十碳烯酸下降；多不饱和脂肪酸中，花生四烯酸、二十二碳六烯酸（DHA）等长链PUFA在老年组下降。此外，磷脂酰丝氨酸（PS）、PE和磷脂酰肌醇（PI）在老年组普遍降低，而神经酰胺37:1; O2增加。DESI-MSI还发现羟基十八碳烯酸和羟基十八碳二烯酸的年龄相关变化。
**Comparison between Liver and Brain Lipidome**：与同一队列的脑脂质组比较，17个脂质（MRM）和8个脂质（LC–MS/MS）在两种组织中均显著变化。例如，SM 34:1; O2在肝脏和脑中均随年龄积累，PS 40:6均下降；而花生四烯酸则在脑中增加、肝脏中下降，表明组织特异性脂质重塑。DESI-MSI空间图像进一步展示了这些差异。
讨论部分总结：本研究通过整合MRM、非靶向LC–MS/MS和DESI-MSI三种方法，全面表征了小鼠肝脏年龄相关的脂质组变化。衰老导致选择性神经酰胺（如短链Cer 34:1; O2）积累、胆固醇酯和花生四烯酸减少，以及线粒体磷脂重塑，这些变化与脂质周转、线粒体功能和炎症信号改变相关。蛋白质组数据中鞘氨醇激酶2（Sphk2）和神经酰胺合酶2（Cers2）下调支持了神经酰胺代谢的复杂性。研究局限性包括样本量较小（尤其中年组）、仅雄性小鼠、DESI-MSI缺少MS/MS确认、部分注释可能源于源内碎裂等。研究结论：本研究整合了MRM profiling、非靶向LC–MS/MS和DESI-MSI，以表征小鼠肝脏年龄相关的脂质组变化。衰老与特定神经酰胺的选择性积累、胆固醇酯和花生四烯酸的减少以及线粒体磷脂的重塑相关。总之，这些改变提示了脂质周转、线粒体功能和炎症信号随年龄增长的变化，提供了关于肝脏脂质重塑和代谢途径的整合分子视角，可能有助于理解年龄相关的肝脏功能障碍。
