质谱成像(Mass spectrometry imaging，MSI)是一种新型的分子成像技术，能够可视化分析样品区域指定质量数的分子，获得样品表面待测物的相对含量及空间分布特征，已成为临床医学研究的重要利器和热点[1]。其原理是在时间维度上对样品表面进行解吸电离，获得样本各像素点中待测物的离子强度，借助成像软件重构待测物在样本中的二维或三维空间分布信息[2]。因此，MSI技术也被形象地称为“分子显微镜”[3]。近年来，MSI取得了巨大进步，已被广泛应用于生命、医学等研究领域。

恶性肿瘤已成为全球重大的公共卫生问题之一，严重威胁人类的健康。随着对肿瘤研究的不断深入，目前在发病机制等方面已取得一定进展和突破[4]，寻求能够快速、高通量获得肿瘤诊断、标志物、药物研发等相关分子信息的新技术、新手段仍是当前研究的热点。近年来，分子病理结合质谱成像技术已发展成为肿瘤研究的重要方法。与其它技术相比(如正离子断层成像技术、磁共振波谱成像等)，MSI无需标记或分子印染即能直接检测与肿瘤发生发展相关的代谢物、脂类等，能够获得多点、多维、高通量、可视化的分子空间信息，实现对肿瘤类型、标志物、药物代谢等方面的研究[3,5-7]。本文主要介绍MSI的基本原理、特点及其在肿瘤病理诊断、标志物及药物研究等方面的应用，并展望其潜在的发展方向。

1 质谱成像技术

MSI的工作流程一般分为3个步骤：样品制备、数据采集和数据分析。以小鼠的脊柱成像为例，首先采集样本、处理并制作组织切片(图1A)；随后对样品组织进行网格划分，采用成像技术分析，得到各像素点的质谱图(图1B)；最后对数据进行处理(如基线校正、差异分析)，并使用成像软件进行重构，从而获得目标分子在样本中的可视化分布图(图1C)[8]。

图1 质谱成像过程示意图[8]Fig.1 Diagram of mass spectrometry imaging[8]

1.1 质谱成像技术分类

离子化技术的革新推动着质谱成像技术的发展，表1总结了MSI相关离子源及特点。MSI已由早期的基质辅助激光解吸电离(Matrix assisted laser desorption ionization，MALDI)和二次离子质谱(Secondary ion mass spectrometry，SIMS)发展到无需复杂样品前处理的喷雾类(以解吸电喷雾电离(Desorption electrospray ionization，DESI)为代表)、等离子体类(以介质阻挡放电电离(Dielectric barrier discharge ionization，DBDI)为代表)以及解吸/后电离类等。

表1 常见MSI离子源、特点及其空间分辨率Table 1 Ionization sources,characteristics and spatial resolution of MSIClassificationNameCharacteristicsSpatialresolutionReferences基质辅助激光解吸电离基质辅助激光解吸电离质谱成像(Matrixassistedlaserdesorp-tionionizationmassspectrometryimaging,MALDI-MSI)稳定性好,干扰小、分辨率高,需合适的基质辅助10μm[9-10]二次离子电离二次离子质谱成像(Secondaryionmassspectrometryimaging,SIMS-MSI)与MALDI相比,无需基质;较高空间分辨率1μm[11-12]喷雾类解吸电喷雾电离质谱成像(Desorptionelectrosprayionizationmassspectrometryimaging,DESI-MSI)无需复杂前处理,可在大气压环境中使用40μm[13-14]纳米解吸电离(Nanospraydesorptionionization,nano-DESI)减小样品作用点面积12μm[15]探针电喷雾电离(Probeelectrosprayionization,PESI)可实现二维/三维空间成像分析60μm[16-17]二次光电离质谱成像技术(Desorptionelectrosprayionization/postphotoionizationmassspectrometryimaging,DESI-PI-MSI)克服了DESI难电离物质的成像分析50μm[18]等离子体类介质阻挡放电电离质谱成像(Dielectricbarrierdischargeioniza-tionmassspectrometryimaging,DBDI-MSI)对小分子物质具有较高灵敏度250μm[19-20]低温等离子体(Lowtemperatureplasma,LTP)表面分析、可避免细丝放电22～300μm[21-23]表面脱附介质阻挡放电电离(Surfacedesorptiondielectric-barrierdischargeionization,SDDBDI)克服了样品表面到质谱入口的样品传送效率22μm[22]

ClassificationNameCharacteristicsSpatialresolutionReferences微型辉光放电等离子体(Micro-fabricatedglowdischargeplas-ma,MFGDP)无污染、高灵敏度、尺寸小300μm[23]解吸/后电离类激光消融电喷雾电离(Laserablationelectrosprayionization,LAESI)可实现二维/三维空间成像分析30～100μm[24-26]红外激光消融亚稳诱导化学电离(Infraredlaserablationmeta-stable-inducedchemicalionization,IR-LAMICI)红外激光提高了空间分辨率5～400μm[27]激光解吸-真空紫外单光子电离(Laserdesorptionpostioniza-tion,LDPI)电离效率高、稳定性好100μm[28]空气动力辅助离子化质谱成像(Airflowassistedionizationmassspectrometryimaging,AFAI-MSI)适合大体积样本分析、远距离传输300μm[29-30]液相微临界表面取样探针(Liquidmicrojunctionsurface-sam-pling,LMJ-SSP)探针位置与样品位置需精确调节20～210μm[31-32]

文章来源：《肿瘤药学》 网址: http://www.zlyxzz.cn/qikandaodu/2021/0419/1084.html