《Journal of the American Society for Mass Spectrometry》：Ionic Solid Matrices Applied via Low-Temperature Evaporation Enable High-Resolution and Sensitive MALDI Imaging of Metabolites
编辑推荐：
基质辅助激光解吸电离质谱成像（MALDI-MSI）可实现生物组织中分子的空间分辨分析。然而，常规有机基质在低质荷比（m/z）区域产生强烈背景信号，导致小分子代谢物成像困难。离子基质可降低基质相关干扰、提高谱图重现性并增强灵敏度，但其在MALDI-MSI中的应用
基质辅助激光解吸电离质谱成像（MALDI-MSI）可实现生物组织中分子的空间分辨分析。然而，常规有机基质在低质荷比（m/z）区域产生强烈背景信号，导致小分子代谢物成像困难。离子基质可降低基质相关干扰、提高谱图重现性并增强灵敏度，但其在MALDI-MSI中的应用受限于额外制备步骤及粘性离子液体湿法沉积难度，且主要集中于m/z>500的脂质成像。研究人员提出一种结合离子固体基质（ISM）与低温热蒸发（LTE）的新策略以提升小分子代谢物的MALDI-MSI性能。基于α-氰基-4-羟基肉桂酸（CHCA）与2,5-二羟基苯甲酸（DHB）的ISM表现出更优灵敏度与更低基质背景。其中CHCA+N,N-二乙基苯胺（DEA）在小鼠脑组织中以20 μm空间分辨率检出并注释69种m/z<500的代谢物。应用于小鼠胰腺时，该ISM首次实现褪黑素与3-碘酪氨酸在朗格汉斯岛内的特异性定位，为内分泌研究中的空间代谢组学开辟新途径。
研究背景方面，空间代谢组学依托基质辅助激光解吸电离质谱成像（MALDI-MSI）已成为检测组织内代谢物、脂质及小分子空间分布的重要技术，其核心组分基质化合物通过与分析物共结晶吸收激光能量介导解吸电离，直接决定离子化效率、灵敏度与可检测质量范围。常规有机基质如CHCA与DHB在低质量数区（m/z<500）产生大量基质衍生离子背景，干扰小分子代谢物的电离、检测与准确定量。现有改进策略包括基质添加剂、新型基质设计、高分子量基质、组织上衍生化、金属纳米颗粒及优化沉积技术等，但离子基质虽具备热稳定性高、真空稳定性好、背景低等优势，却因需自行制备、离子液体粘度大导致湿法均匀涂覆困难，此前应用多限于m/z>500脂质成像。为突破限制，研究人员将离子固体基质（ISM）与低温热蒸发（LTE）干法沉积结合，LTE可提升离子化效率、最小化分析物扩散并增强空间分辨率，从而系统评估ISM在脑、肝、胰等小鼠组织中对低分子量代谢物的成像表现。
关键技术方法上，研究人员取C57BL/6健康小鼠的脑、肝、胰腺组织，液氮速冻后恒冷切片（10 μm）贴附于氧化铟锡（ITO）导电载玻片；合成CHCA或DHB分别与苯胺（ANI）、N,N-二甲基苯胺（DMA）、N,N-二乙基苯胺（DEA）等摩尔酸碱反应得到的ISM，氮气吹干成固体；采用NanoPVD-T15A热蒸发器在5×10–5 mbar本底压力下以LTE干沉积基质（CHCA类9000 ?，DHB类15000 ?）；质谱端使用双离子漏斗MALDI/ESI耦合Orbitrap Exploris 120在m/z 50–600、分辨率60000采集，空间步长20–30 μm；数据经rMSI2平滑分峰，rMSIannotation比对HMDB（5 ppm容差，考虑[M+H]+、[M–H2O+H]+、[M+Na]+、[M+K]+等加合物），并以标准品MS1加合物、同位素及CID-MS/MS（NCE 30%）佐证注释。
研究结果部分，3.1节评价离子固体基质用于MALDI-MSI，研究人员合成6种ISM（DHB+DEA/DMA因不成固相排除），LTE优化温度较常规基质高10–15 ℃，基质区MSI证实碱组分共沉积；脑与肝组织中ISM总离子流（TIC）均高于常规CHCA/DHB，CHCA+DEA在脑中TIC最高，CHCA+DMA在肝中最强；基质相关离子（如DHB的m/z 137.0239、155.0345，CHCA的m/z 190.0511、212.0340等）强度显著下降，过滤基质峰后注释代谢物数大幅提升——常规DHB脑/肝为148/131，CHCA仅86/78，而CHCA+DEA达326/260；以CHCA+DEA在脑中获Level 1确认69种m/z<500代谢物（如犬尿喹啉酸、牛磺酸、谷氨酸、褪黑素、谷胱甘肽等通过标准品MS1/MS2匹配），20 μm下获得清晰离子图像，仅14种可被常规基质检出。3.2节将CHCA+DEA用于小鼠胰腺朗格汉斯岛代谢物成像（25 μm），褪黑素（m/z 215.1185）与苯丙氨酰-甲硫氨酸富集于岛周边，3-甲基戊二酰肉碱、3-碘酪氨酸（m/z 307.9779）、6-β-羟皮质醇均匀分布；首次直接检出岛内褪黑素，提示其与MTNR1A/B受体调控胰岛素/胰高血糖素分泌相关，3-碘酪氨酸暗示局部甲状腺激素代谢可能微调胰岛素释放。
讨论与结论部分，研究人员指出ISM结合LTE相较CHCA/DHB具有两大优势：显著抑制基质簇离子背景、提升组织离子灵敏度。CHCA+DEA在小鼠脑实现69种小分子代谢物注释及20 μm高分辨空间定位；在胰腺传统聚焦肽激素与脂质成像之外，首次特异性定位褪黑素与3-碘酪氨酸于朗格汉斯岛，为胰岛生物学及代谢疾病研究提供新空间代谢视角。该研究发表于《Journal of the American Society for Mass Spectrometry》，确立了ISM-LTE作为低分子量代谢物MALDI-MSI的通用增强方案。
