要点
传统代谢组学检测均质混合样本，丢失组织空间信息；空间代谢组学可原位定位代谢物分布，是解析代谢物生物合成来源与生物学功能的必备技术。
#空间代谢组 #质谱成像 #MALDI #DESI #肺部疾病 #脂质介质 #纤维化 #肿瘤微环境 #多模态空间组学 #冷冻组织切片
摘要
空间代谢组可实现组织原位像素级小分子图谱绘制，弥补传统均质代谢组缺乏细胞、解剖分辨能力的短板。依托基质辅助激光解吸电离（MALDI）、解吸电喷雾电离（DESI）等质谱电离技术，空间代谢组可生成高分辨率代谢图谱，将代谢物分布与特定组织区域、细胞微环境、生物学功能一一关联。这套「代谢显微」技术能够定位生物合成通路、识别组织特异性代谢特征，还可联合组织病理学与其他空间组学开展多模态整合。高分辨质谱适用于无靶向广谱代谢物挖掘；靶向质谱检测则可高灵敏捕捉低丰度代谢分子。在呼吸领域研究中，空间代谢组已揭示肺部代谢区域异质性，包括肺表面活性物质重塑、脂质介质空间定位、纤维化相关代谢重编程、气道感染特异性代谢应答、肿瘤磷脂紊乱等生物学现象。上述研究证明该技术可将局部生化变化与肺部生理、疾病机制建立直接关联。目前该领域仍存在多项技术瓶颈：检测灵敏度不足、代谢物同分异构体难以区分、定量方法不完善、福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）组织不兼容，因此亟需标准化新鲜冷冻组织实验流程。未来将空间代谢组与空间转录组、空间蛋白质组联用，可实现气道多层级完整代谢图谱绘制，解析不同组织微环境内多分子层交互作用。作为多模态空间生物学的核心模块，空间代谢组具备划分疾病亚型、挖掘治疗靶点、构建肺部空间代谢图谱的巨大潜力，可推动呼吸疾病机制研究与精准医学发展。
基本原理
图1 DESI-MRM解吸电喷雾多反应监测质谱成像工作流
(A) 肺部组织取样、包埋、冷冻切片、载片制备完整流程；
(B) DESI靶向空间代谢组原理图：高压溶剂氮气混合形成带电液滴，撞击玻片组织表面解吸电离分子，4极质谱记录离子丰度；扫描喷头横向移动生成各类代谢物空间图；质谱图像可与H&E病理染色图像配准叠加；
(C) 人肺新鲜冷冻切片vs FFPE切片代谢成像对照，6类代谢物：白3烯B₄（LTB₄）、神经酰胺Cer (18:1/18:0)、鞘磷脂SM (d18:1/18:0)、磷脂酰甘油PG (18:1/16:1)、谷胱甘肽、谷氨酰胺；色标黄代表高丰度、蓝色低于检出限；比例尺1毫米；所有代谢图独立归一，仅对比分布、不直接比较信号强度；样本伦理审批编号2018/181931。
仪器设备
表1 MALDI与DESI空间代谢电离技术对比
详细总结
思维导图（mindmap脑图）
传统代谢组vs空间代谢组核心差异
2大主流质谱成像电离平台MALDI/DESI对比
参考
Am J Respir Cell Mol Biol. 2026 Jul 11:aanag143. doi: 10.1093/ajrcmb/aanag143.
Spatial metabolomics - a metabolic microscope for respiratory medicine
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