炎症性肠病(Inflammatory Bowel Disease，IBD)是一组特定的肠道慢性疾病的统称，主要包括溃疡性结肠炎(UC)和 克罗恩氏病(CD)。IBD是病因不明的慢性和复发性炎症，可增加患结肠炎相关癌症的风险。当前的治疗方法并非普遍有效，并且可能产生严重的不良影响。因此，早期发现和准确识别疾病类型对于采取正确的治疗很重要。结肠组织很复杂，包含不同类型的细胞，因此需要一种细胞特异性的分析工具来改善诊断和预后。在这里，我们介绍了从IBD患者获得的内窥镜活检的10微米(μm)空间分辨率的质谱成像(MSI)研究。由于脂质的组成在细胞类型之间有不同，因此脂质指纹可以充当每种病变的特征。
岛津UK与西班牙巴斯克大学及巴利阿里群岛帕尔马大学附属医院消化内科共同研究MALDI成像技术，揭秘人炎症性肠病样品组织复杂性。
方 法
本研究的样品收集得到了巴利阿里群岛伦理研究委员会许可(IB 2118/13 PI)。将切除的人类结肠组织在液氮中速冻并冷冻切片，厚度为10μm。使用基质升华仪，将基质(1,5-二氨基萘， DAN)涂覆在组织切片上，并使用岛津专为蛋白组学、组织成像设计的高端 MALDI-TOF-TOF (MALDI-7090)质谱仪采集数据(激光光斑直径10μm，载物台步长10μm，扫描范围200-1200 Da)。
图1 MALDI-7090
人体结肠的解剖学对MALDI-MS具有挑战性，隐窝的衬里由单细胞厚层轮廓组成。因此，精心优化的样品制备和能够实现高空间分辨率的MALDI仪器的结合对于提供结肠组织的准确表示至关重要。图2显示了m / z 861.550和885.550的MALDI图像，以及相应的H&E染色部分和分割图像。固有层，隐窝和肌层清晰可见，这得益于MALDI-7090的10um空间分辨率。
图2、H&E的显微镜图像与MALDI MS图像(左)。离子分布的多重性表明，m / z 861.550处的离子特定于隐窝单元，而m / z 885.550处的离子特定于固有层。分割图像(右)显示上皮(白色)和固有层(橙色)之间的清晰分离。
采用6个溃疡性结肠炎，6个对照组，7个克罗恩病和 7个对照进行数据分析。即使在单个像素级别，也可获得出色的信噪比， 可以进行(亚)细胞水平的分析。
图3显示了PCA分类的结果。使用相关算法对MALDI图像进行分割，揭示了脂质成分的真正复杂性。每个细胞群体都具有独特的脂质特征， 能够识别结肠细胞，隐膜细胞， 淋巴细胞或巨噬细胞。
图3、LP和上皮(隐窝)的脂质特征分析
对照和疾病之间，以及在LP和上皮之间，脂质组成存在明显差异。
结 论
使用基质升华和MALDI-7090，我们能够确定克罗恩病和溃疡性结肠炎的活检切片中的脂质分布。固有层和隐窝中脂质分布的比较分析突出了脂质表达的重要差异。更深入的分析揭示了一个复杂的结构，其中每种细胞类型都具有特征性的脂质指纹。脂质表达的部分差异可能是由于免疫系统的浸润细胞所致，从而增加了在分析这些复杂样本时对空间敏感技术MALDI成像技术的需求。
岛津MALDI成像系统，样品处理采用基质升华涂覆方式，更好地形成结晶，自动化控制基质层厚度提高重复性。高性能的MALDI-7090，配有长寿命固态激光器，2kHz高速采集，专利UV自清洁技术，多用户操作平台可同时上载10块靶板，是MALDI质谱成像、蛋白组学、脂类小分子、翻译后修饰等研究理想平台。
