从"看见”到"预见”：岛津质谱成像技术助力发现动脉粥样硬化发展关键分子

引言

动脉粥样硬化是导致冠心病和缺血性脑卒中的主要原因，是心脑血管疾病的重要病理学基础，也是影响人类健康的重大慢性疾病之一。动脉粥样硬化的典型表现为动脉内壁脂质堆积，同时很多研究也已证实动脉粥样硬化是动脉壁炎性病变，但其在分子水平上确切的发病机制目前尚不完全清楚。根据其发展的阶段不同，动脉粥样硬化病变组织可以被划分为早期，中期和晚期等不同类型的斑块，其中发展到晚期的斑块具有极大的不稳定性，脱落后会直接阻塞血管，导致急性心肌梗塞等严重后果，危害性极大。主动脉弓（如图1所示）作为连接心脏与主动脉血管的重要部位，因其大弯结构处易形成血液湍流，小弯处易形成血液缓流的特点，极易在同一部位形成多发展期斑块组织，故本研究以小鼠主动脉弓部位作为重点研究对象，通过使用显微质谱成像技术对主动脉弓中的动脉粥样硬化模型病变组织中的不稳定斑块的相关化学成分及其空间分布进行研究，从而从中筛选出具有空间特异性的不稳定斑块的内源性生物标志物。

图1 心脏主动脉弓组织结构示意图

小鼠主动脉弓动脉粥样硬化模型各阶段斑块位置与斑块质谱信息确认

原位光学图像（图2A）显示，在带有斑块的模型组织中，主动脉弓的小弯侧区域与分支区域分别出现严重程度不同的斑块组织，其中在小弯侧区域出现结构紧密的早期斑块，结构松散的中期斑块和结构已经开始坍塌的晚期斑块（已通过同组织来源切片的HE染色结果进行验证）。该光学图像可直接指导主动脉弓中各阶段斑块的定位。在动脉粥样硬化发病过程中，出现坍塌脱落的晚期斑块极易在血管中形成血栓，进而引发脑梗、心肌梗塞等严重后果，因此该区域所指示的晚期斑块将作为接下来的重点关注研究对象。

图2 A.小鼠主动脉弓动脉粥样硬化组织光学图；B.小鼠主动脉弓动脉粥样硬化各阶段综合质谱图

对小鼠主动脉弓组织动脉粥样硬化斑块模型组织切片进行质谱成像分析。如图2B所示，通过对三个阶段斑块的综合质谱图进行直接比较可见，随斑块组织的阶段性发展，位于m/z 740-800区间的多个碎片信息发生明显上调（图中红框区域），即在早期斑块中出现少量表达，随斑块发展，在中期斑块表达增加，在晚期斑块中出现高表达；而在m/z 860-900区间内有少量碎片发生明显下调（图中绿框区域），即在早期斑块中高度表达，随斑块发展，在中期斑块中减少表达，在晚期斑块中只出现少量表达。通过在不同期斑块中的表达对比，高度怀疑这些碎片所对应的物质是斑块发展的生物标志物分子。

小鼠主动脉弓晚期斑块特异性生物空间标志物

图3 小鼠主动脉弓晚期斑块中发生低表达的生物空间标志物

对小鼠主动脉弓斑块发展的不同阶段分别进行质谱成像，并借助HCA聚类分析对质谱成像结果进行分析，挑选出与晚期斑块有极强空间匹配性的特异性分子质谱成像信息，如图3,4所示。图3中，随斑块发展，m/z 885.55（PI 38:4）与m/z 861.55（PI 36:2）明显发生表达降低，而在图4中，随斑块发展，m/z 791.49（PG38:7）、m/z 745.50（PG34:2）、m/z 743.49（PG34:3）、m/z 793.50（PG38:6）、m/z 767.49（PG36:6）、m/z 795.52（PG38:5）、m/z 771.52（PG36:3）、m/z 769.50（PG36:4）明显发生表达升高，其分布特征与图2B中所示的各阶段斑块的综合质谱图变化趋势结果一致，可进一步证明该物质可作为斑块发展的标志物分子。

该结果已通过多组平行样本进行验证。

图4 小鼠主动脉弓晚期斑块中发生高表达的生物空间标志物

结论

使用岛津显微质谱成像技术对小鼠主动脉弓组织中动脉粥样硬化斑块进行实验研究。根据实验结果，发现了与斑块发展不同时期、不同阶段具有极强相关性的一系列生物空间标志物，同时该结果与传统病理研究的HE染色结果也具有高度一致性。通过这些生物空间标志物，不仅可实现在分子水平上对各阶段斑块组织尤其是不稳定的晚期斑块组织进行判别，同时也为未来对动脉粥样硬化疾病的病理研究和药物研究提供更加准确的物质定位定性和定量信息，有望为临床病理研究和应用等多个领域提供更多更可靠的实验数据和基础信息。目前该项研究结果及相关方法已获得国家发明专利授权（专利号：2022104237203，专利种类：发明专利）。

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