沈鈺琳， 許 旭

（上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，上海 201418）

1 質(zhì)譜成像概述

質(zhì)譜成像（mass spectrometry imaging，MSI）是一種新型的分子成像技術(shù)，能夠可視化組織分子，利用成像軟件獲得待測物空間分布特征[1]。MSI技術(shù)根據(jù)電離方式的不同，主要可分為：基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜成像（matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry imaging，MALDI-MSI）、二次離子質(zhì)譜成像（secondary ion mass spectrometry imaging，SIMS-MSI）和解吸電噴霧電離質(zhì)譜成像（desorption electrospray ionization mass spectrometry imaging，DESIMSI）。其中MALDI-MSI是目前應(yīng)用最廣泛的質(zhì)譜成像技術(shù)。

在1994年第42屆美國質(zhì)譜學(xué)會(huì)（american society for mass spectrometry，ASMS）會(huì)議上首次提出MALDI-MSI成像方法，后來Caprioli等[2]在1997年首次將MSI應(yīng)用于組織樣品中多種蛋白質(zhì)和多肽的分子成像研究。MSI與基質(zhì)輔助激光解吸電離（matrix-assisted laser desorption ionization，MALDI）相結(jié)合是代謝組學(xué)研究中的一項(xiàng)有效技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)可以通過精確測定存在于組織中不同位置的的化合物信息來可視化其空間分布，例如：脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、肽和DNA序列[3]。

MALDI-MSI是一種以軟電離技術(shù)MALDI為基礎(chǔ)的分析方法。將基質(zhì)分子均勻分散在切成薄片的待分析物上并形成共結(jié)晶。利用激光照射共晶時(shí)，基質(zhì)分子吸收能量后傳遞給待分析物，使待分析物解吸電離，所產(chǎn)生離子通過質(zhì)譜儀進(jìn)行測量。最后利用特定的質(zhì)譜成像軟件完成對(duì)組織樣品的分子成像[4]。

2 MALDI-MSI的操作流程

MALDI-MSI的基本操作流程如圖1所示。主要分為3個(gè)步驟：樣品制備、質(zhì)譜分析、數(shù)據(jù)解析及成像。首先根據(jù)樣品組織的性質(zhì)決定是否選擇包埋劑進(jìn)行冷凍包埋；將組織放于冷凍切片機(jī)上進(jìn)行切片，切片后將薄片放置于MALDI-MSI專用的導(dǎo)電載玻片上；選擇合適的基質(zhì)、合適的涂覆方法將基質(zhì)均勻分散于組織切片表面；待干燥后將載玻片放入MALDI質(zhì)譜成像儀，利用激光激發(fā)共結(jié)晶，使其解吸電離；離子化分子經(jīng)質(zhì)量分析器分析后被質(zhì)譜檢測器檢測并記錄；最后通過特定軟件重構(gòu)呈現(xiàn)待測分子在組織表面的空間分布圖像。

圖1 MALDI-MSI流程圖[3]Fig. 1 Workflow of MALDI-MSI[3]

3 MALDI-MSI的樣品制備

MALDI-MSI時(shí)，樣品的制備對(duì)獲得高質(zhì)量的質(zhì)譜成像結(jié)果至關(guān)重要。MSI分析通常使用新鮮冷凍組織，也可以在適當(dāng)處理后分析福爾馬林固定石蠟包埋的組織[5]，但這會(huì)增加樣品制備的時(shí)間，同時(shí)也會(huì)干擾MSI檢測。在樣品處理過程中，首要目標(biāo)是保證組織的完整性[6]。

在MALDI-MSI樣品制備過程中最常用的方法是冷凍切片。冷凍過程必須溫和而均勻，如果組織的不同部分以不同的速率冷卻，就可能形成冰晶，導(dǎo)致樣品開裂，最推薦的方法是用鋁箔松散地包裹組織，并在低溫（約–70 ℃）下的液氮或酒精中冷凍約1 min?；蛘?，也可以在冷卻的異戊烷?。ㄔ诟杀校┲羞M(jìn)行冷凍[7]。然而，一些植物組織由于含水量較高，在切片過程中容易碎裂和褶皺，難以獲得高質(zhì)量的冷凍切片。因此，通常采用包埋的方法來提高冷凍切片的質(zhì)量[8]。通常使用的包埋劑有冷凍切片包埋劑（optimum cutting temperature，OCT）、羧甲基纖維素（carboxymethyl cellulose，CMC）、明膠、冰。使用OCT時(shí)，由于其含有的多聚物會(huì)影響質(zhì)譜測定，因此只能將其用于樣品固定，而不能包埋整個(gè)樣品[9]。Li等[10]用MALDI-MSI分析銀杏葉中的次級(jí)代謝物時(shí)，系統(tǒng)比較了3種包埋材料，其中明膠包埋效果最好，推薦用于葉組織切片的包埋，其不同包埋方式對(duì)包埋效果的影響最小。CMC的包埋性能不如明膠穩(wěn)定，更容易受到包埋方式的影響。對(duì)于含水多、薄而小的植物組織，不建議將冰作為包埋介質(zhì)，這很可能導(dǎo)致圖像失真與分析物離域，緩解分析物離域的一個(gè)簡單的方法是在解凍安裝前去除包埋組織切片的包埋介質(zhì)。Schmidt等[11]對(duì)比了幾種包埋介質(zhì)，發(fā)現(xiàn)變性的白蛋白有利于穩(wěn)定包埋脆弱的組織（如日本荷葉），且獲得的MALDI信號(hào)強(qiáng)度提高2～4倍。He等[12]開發(fā)了一種新的基于聚賴氨酸（polylysine，PLL）的組織包埋方法，并將其成功地應(yīng)用于干燥和脆弱馬兜鈴屬植物（aristolochia plant，AP）根組織的MALDI-MSI分析。與明膠包埋劑相比，PLL包埋技術(shù)不僅能很好地保持植物組織的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使植物組織具有良好的剛性，而且通過PLL嵌入介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了高空間分辨率。Dannhorn[13]提出了一種新的組織樣品包埋方法，將新鮮冷凍標(biāo)本低溫包埋到由羥丙基甲基纖維素（hydroxy propyl methyl cellulose，HPMC）和 聚 乙 烯 吡 咯 烷 酮（polyvinylpyrrolidone，PVP）組成的水凝膠基質(zhì)中，該水凝膠不會(huì)在組織學(xué)或分析學(xué)上干擾標(biāo)準(zhǔn)組織表征方法。

對(duì)于一些像葉片、花瓣一樣較薄、無法通過包埋切片的植物可通過平壓方式轉(zhuǎn)移到平整表面的印跡質(zhì)譜成像方法完成MSI分析，如圖2所示。Wu等[14]自制了金納米粒子（Au nanoparticles，AuNP）浸漬紙印跡MSI。研究結(jié)果表明，AuNP浸漬紙壓印技術(shù)是一種可行的方法，在葉片、花瓣和球莖成像方面具有很大的潛力，樣品制備量小。該方法綜合了濾紙優(yōu)異的壓印能力和AuNP的高電離效率，可以避免不均勻的基質(zhì)沉積和由此產(chǎn)生的圖像偽影。Liao等[15]比較了幾種樣品制備方法，建立了茶葉的聚四氟乙烯印跡法，采用質(zhì)譜成像法研究了茶葉中特異性代謝物在組織內(nèi)的空間分布。Freitas等[16]采用聚四氟乙烯壓印法，研究了薄荷葉中黃酮類化合物的空間分布，揭示了特定代謝物在植物組織中的主要位置。

圖2 印跡質(zhì)譜成像操作[8]Fig. 2 Operation of imprinted mass spectrometry imaging[8]

采集和冷凍樣本后，需要進(jìn)行組織切片。使用冷凍切片機(jī)來制備組織切片，根據(jù)組織類型，選擇適宜的冷凍溫度，一般為–30～–15 ℃。同時(shí)，對(duì)切片的厚度也有一定的要求，不合適的切片厚度可能會(huì)影響其耐久性或?qū)е卤砻嫘纬刹y，從而影響從組織中提取分析物的效率。因此，通常為MALDI MS成像準(zhǔn)備5～20 μm厚的切片[17]。近來，Velickovic等[18]受“Swiss-rolling”法啟發(fā)，開發(fā)了一種樣品制備方法，采用一體式切片可以從卷曲的根組織切片上成像并識(shí)別整個(gè)根結(jié)構(gòu)上的分子，該方法大大縮短了樣品制備的時(shí)間。

雖然MALDI-MSI是一種有效的分子成像技術(shù)，但由于其有限的靈敏度，難以對(duì)所有小分子代謝物進(jìn)行全局成像。因此，可視情況對(duì)切片進(jìn)行一定的預(yù)處理，盡可能去除干擾物如鹽和脂溶性成分，將離子抑制降至最低，如可對(duì)切片進(jìn)行短時(shí)間的浸泡和沖洗。Chen等[19]連續(xù)用乙酸銨溶液洗滌、三氟乙酸蒸汽孵育和正己烷洗滌來預(yù)處理組織切片。與未處理的樣品相比，經(jīng)預(yù)處理的組織測得的信號(hào)強(qiáng)度增加了4.7～31.5倍。除了增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度外，預(yù)處理時(shí)間和洗滌溶劑的精細(xì)優(yōu)化保留了目標(biāo)藥物分子的空間分布。Sun等[20]提出了一種簡單的丙酮洗滌法，以提高M(jìn)ALDI-MS成像的靈敏度。該方法使小分子代謝物的離子強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，除了高含量和易離子化的脂質(zhì)外，在非目標(biāo)分析中還可以觀察到160多種組織小分子代謝物離子，其中大部分離子在未經(jīng)丙酮浸泡下無法檢測到。

4 基質(zhì)選擇與噴涂

4.1 基質(zhì)選擇

MALDI基質(zhì)的選擇及應(yīng)用是MS成像的另一個(gè)重要步驟。MALDI基質(zhì)可吸收質(zhì)譜儀中發(fā)射的強(qiáng)激光，幫助分析物實(shí)現(xiàn)解吸/電離[3]。MALDIMSI通常以2，5-二羥基苯甲酸（2，5-dihydroxybenzoic acid，DHB）[21]、α-氰基-4-羥基肉桂酸（α-cyano-4-hydroxycinnamic acid，CHCA）[22]、芥 子 酸（sinapic acid，SA）[23]等含有π共軛體系或芳香環(huán)、可以提供質(zhì)子的有機(jī)酸小分子作為基質(zhì)。高分子量分析物如蛋白質(zhì)、糖蛋白、低聚糖等一般選用SA、2，6-二羥基苯乙酮（2，6-dihydroxyacetophenone，DHAP）來檢測；CHCA和2-巰基苯并噻唑（2-mercaptobenzothiazole，2-MBT）通常適用于中等分子量分析物的檢測如肽和脂質(zhì)；DHB和9-氨基吖啶（9-aminoacridine，9-AA）一般用來分析低分子量化合物如葡萄糖、氨基酸、脂肪酸和核苷酸。

然而在質(zhì)譜儀中，基質(zhì)電離后產(chǎn)生的碎片離子會(huì)在低分子量區(qū)域產(chǎn)生很強(qiáng)的背景干擾，使得分析質(zhì)荷比在500以下的小分子樣品比較困難。因此，發(fā)展適用于小分子檢測成像的無背景干擾的基質(zhì)已成為MALDI-MSI的重要研究方向。目前，開發(fā)了許多新的基質(zhì)，如多羥基黃酮[24]、槲皮素[25]、3，4-二甲氧基肉桂酸（3，4-dimethoxycinnamic acid，DMCA）[26]、3-氨 基 鄰 苯 二 甲 酰 肼（3-aminophthalhydrazide，3-APH）[27]等。除了固體基質(zhì)外，研發(fā)了許多離子液體基質(zhì)，其在真空下穩(wěn)定且溶解度較好。裴興麗等[28]選用離子液體基質(zhì)2，5-二羥基苯甲酸丁胺（2，5-dihydroxybenzoate acid butylamine，DHB-BuN），其重復(fù)性和靈敏度均優(yōu)于固體基質(zhì)。此外，很多研究表明納米材料如硅基材料、碳基材料、金屬及金屬氧化物和二維材料[29]能夠作為新型的MALDI基質(zhì)。趙玥禎等[30]將納米Fe3O4基質(zhì)用于MALDI-MS分析糖類、甘油三酯和氨基酸樣品，顯著降低了背景噪音，提高了質(zhì)譜峰強(qiáng)度和重復(fù)性。Palermo等[31]用氟化碳鏈修飾金納米顆粒來促進(jìn)質(zhì)譜對(duì)小分子的檢測，并對(duì)不同飲食的小鼠結(jié)腸中的代謝物進(jìn)行成像。Chen等[32]提出使用ZnO納米顆粒代替TiO2納米顆粒來作為低分子量分子成像的基質(zhì)，其分散體不會(huì)堵塞噴霧器且能保持高的重現(xiàn)性，可較好用于腦組織中低分子量成分的成像。

4.2 基質(zhì)噴涂

MALDI基質(zhì)噴涂方法及其結(jié)晶是質(zhì)譜成像的重要步驟，直接影響MSI的靈敏度與重現(xiàn)性。常用的涂覆方法有干滴法、噴霧法和升華法。干滴法極易造成基質(zhì)擴(kuò)散，使基質(zhì)在待測物上分布不均勻，降低重復(fù)性，在MALDI-MSI實(shí)際樣品成像分析中較少使用[33]。手動(dòng)噴槍法操作比較簡單，但容易受到人為因素的影響使基質(zhì)噴涂不均勻，因此自動(dòng)噴霧系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛。劉曉寧等[34]等對(duì)比了3種基質(zhì)涂覆方式（干滴法、噴槍法和超聲噴霧法），掃描電鏡圖顯示，使用超聲噴霧法得到的基質(zhì)顆粒是3種方法中最小的，基質(zhì)分布更加均勻。金芬等[35]對(duì)比了蒸鍍法與噴霧法將CHCA噴于甜瓜組織上的結(jié)果，表明蒸鍍方式的質(zhì)譜響應(yīng)值更高。Enomoto等[36]比較了噴槍與自動(dòng)噴霧器對(duì)基質(zhì)DHB的涂覆效果，結(jié)果自動(dòng)噴霧器法所得到的代謝物信號(hào)強(qiáng)度更高。然而，很多商業(yè)化的自動(dòng)基質(zhì)噴霧器成本較高，開發(fā)噴涂效果好且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的涂覆方法仍然是研究的課題。許旭等[37-38]與Huang等[39]分別使用超聲霧化器噴涂基質(zhì)，與ImagePrep基質(zhì)噴霧儀進(jìn)行對(duì)比，超聲霧化器可以產(chǎn)生更小而致密的基質(zhì)晶體，同時(shí)成本很低。Schaefermann等[40]開發(fā)了1種具有自動(dòng)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的新型基質(zhì)沉積裝置，與普通噴涂法相比，該沉積裝置可在大約5 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速沉積同時(shí)成本低廉，且在質(zhì)譜峰強(qiáng)度和分辨率方面沒有顯著差異。升華法在操作過程中無需加入有機(jī)溶劑，重結(jié)晶形成的基質(zhì)晶體顆粒較小且均一性較好[41]，從根本上解決了待測物移位的問題。Schmidt等[11]對(duì)比了噴霧法與升華法涂覆基質(zhì)的效果，結(jié)果表明升華法能保留更多完整的組織信息。Shimma等[42]采用真空升華法將9-AA涂覆在姜黃的干燥組織表面，顯示了姜黃中姜黃素類成分的分布。然而，升華法在檢測靈敏度、空間分辨率和數(shù)據(jù)再現(xiàn)性方面存在一些缺點(diǎn)。Morikawa等[43]提出了一種優(yōu)化的基質(zhì)沉積方法——升華再結(jié)晶，與自動(dòng)噴涂法相比，優(yōu)化后的方法具有良好的重現(xiàn)性和空間分辨率。此外，升華后的重結(jié)晶步驟顯著提高了檢測代謝物（包括氨基酸、核苷酸衍生物和脂質(zhì)）的能力，升華法可檢測到19個(gè)峰，而升華再結(jié)晶法可以檢測到40個(gè)峰。

5 MALDI-MSI的應(yīng)用

5.1 MALDI-MSI在食品分析中的應(yīng)用

食品中含有多種元素，主要有糖、蛋白質(zhì)、碳水化合物以及各類氨基酸等等，其含量比直接決定著食用價(jià)值。MSI可用于食品成分分布可視化，并通過其分子量識(shí)別食品相關(guān)成分，以進(jìn)行營養(yǎng)分析和改善質(zhì)量[44]。De Oliveira等[45]用MALDI-MSI比較確定巧克力中兒茶素/表兒茶素的含量水平，將其作為商用巧克力中可可含量的標(biāo)識(shí)，從而提供1種可用于快速篩選成品和生產(chǎn)過程中可可含量的通用工具。Hickert等[46]采用MALDI-MSI研究了被鐮刀菌屬和曲霉屬真菌感染的葡萄和玉米，發(fā)現(xiàn)在這些霉變的食品中檢測到赭曲霉毒素A（ochratoxin A，OTA）和伏馬毒素B-和C-系列以及部分水解伏馬毒素，這些毒素的分布并不相同。研究這些真菌產(chǎn)生的有毒次生代謝產(chǎn)物在受污染物質(zhì)中的分布有利于了解感染機(jī)制，減少食品加工過程中的污染。Li等[47]建立了基質(zhì)輔助激光解吸電離MALDIMSI方法，對(duì)來自8個(gè)國家的咖啡豆胚乳中蔗糖、咖啡因、咖啡?？鼘幩岬葍?nèi)源分子的微觀分布進(jìn)行分析，顯示不同產(chǎn)地咖啡豆的化學(xué)成分和相對(duì)含量不同。所建立的檢測方法，可用于對(duì)咖啡豆進(jìn)行質(zhì)量鑒定與產(chǎn)品追溯。

5.2 MALDI-MSI在藥物分析中的應(yīng)用

在過去的10年中，MSI逐漸成為支持現(xiàn)代藥物研究和開發(fā)的有力工具，它可以提供關(guān)于組織中藥物的體內(nèi)分布、代謝和遞送的數(shù)據(jù)，同時(shí)還提供了內(nèi)源性代謝物、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的分布圖。這使得研究人員能夠在組織切片或臨床活檢中以細(xì)胞分辨率進(jìn)行藥代動(dòng)力學(xué)和藥效學(xué)測量[48]。Rao等[49]開發(fā)了一種MALDI-MSI方法用于定量可視化奧曲肽在小鼠組織中的空間分布。該方法能獲得高質(zhì)量的奧曲肽的空間分布圖像，而且測定的奧曲肽的組織濃度-時(shí)間曲線與基于液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜測定的曲線一致。Pinto等[50]使用MALDI-MSI技術(shù)觀察外用甲真菌病指甲治療制劑中包含的3種抗真菌活性成分阿莫洛芬、環(huán)吡酮胺和萘替芬在人類趾甲中的分布和滲透情況，顯示阿莫洛芬在指甲中的分布更均勻，且對(duì)感染的指甲有更好的滲透性。Ntshangase等[51]將LC-MS/MS與MALDI-MSI結(jié)合起來研究兩種抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物埃替格韋和替諾福韋在健康雌性SD大鼠腦中的空間分布，顯示替諾福韋的滲透率相對(duì)較低，兩種藥物在包括大腦皮層在內(nèi)的各個(gè)腦區(qū)的分布不均。顯示MALDIMSI在原位直接可視化藥物分析的能力。Barre等[52]將激光定位與MALDI結(jié)合，將7種藥物的質(zhì)譜信號(hào)強(qiáng)度提高了2個(gè)數(shù)量級(jí)。這種高靈敏度使MSI可以觀察到藥物在人軟骨以及狗肝組織中的分布。Sun等[53]使用高分辨率定量基質(zhì)輔助激光解吸/電離傅里葉變換離子回旋共振-質(zhì)譜成像（matrix-assisted laser desorption/ionization fourier-transform ion cyclotron resonance-mass spectrometry imaging，MALDI-FTICR-MSI）同時(shí)檢測、可視化和量化實(shí)驗(yàn)性纖維化小鼠和特發(fā)性肺纖維化病人類患者肺中的內(nèi)源性和外源性代謝物，并評(píng)估吡非尼酮治療對(duì)代謝物水平的影響，有助于改善目前可用的治療方法。K?llback等[54]提出了一種定量MALDI-MSI方法，使用飛行時(shí)間（time of flight，TOF）和傅立葉變換離子回旋共振（fourier transform ion cyclotron resonance，F(xiàn)TICR）2種不同類型的質(zhì)譜儀，分析小鼠腦組織切片中體內(nèi)給藥西酞普蘭的水平，得到的結(jié)果與使用液相色譜-串聯(lián)質(zhì) 譜（liquid chromatography?tandem mass spectrometry，LC-MS/MS）所得結(jié)果相似，為使MALDI-MSI成為一種完全定量驗(yàn)證方法邁出了實(shí)質(zhì)性的一步。

5.3 MALDI-MSI在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

MALDI-MSI已經(jīng)發(fā)展成為一種高速分析方法，能夠以與常規(guī)臨床分析（如免疫組織化學(xué)分析）相當(dāng)?shù)乃俣冗M(jìn)行高通量分析。這使得MALDI-MSI成為癌癥研究中的1個(gè)生物醫(yī)學(xué)工具，并可用于臨床分析。而且不像免疫組織化學(xué)那樣局限于對(duì)單一蛋白質(zhì)的研究，MSI通過1次分析可以得到多種不同成分的全面信息，可以在細(xì)胞和分子水平上更好地理解異質(zhì)性疾病[55]，有助于預(yù)防、診斷、預(yù)測治療結(jié)果或做出預(yù)后。Zhang等[56]建立了從腦中高效提取和富集神經(jīng)節(jié)苷脂的方法，通過MALDIMSI獲得神經(jīng)節(jié)苷脂在腦中的分布，結(jié)合ESI和MALDI對(duì)腦中神經(jīng)節(jié)苷脂進(jìn)行定性、半定量和原位分析，為阿爾茨海默病的生物研究提供了新的視角。Shariatgorgi等[57]將MSI用于全面繪制特定大腦區(qū)域的神經(jīng)遞質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，利用反應(yīng)基質(zhì)的固有化學(xué)選擇性和溴化反應(yīng)基質(zhì)的獨(dú)特同位素模式，識(shí)別了未知分子物種。神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)的直接成像為探索各種神經(jīng)疾病如何通過神經(jīng)遞質(zhì)調(diào)節(jié)影響特定腦區(qū)提供了一種方法。Kurreck等[58]利用MALDIMSI技術(shù)研究分析完整的人類前列腺組織標(biāo)本，這些研究確定了能夠區(qū)分良性和惡性前列腺的代謝物，使MSI技術(shù)提供的信息有助于了解前列腺癌和其他惡性腫瘤的分子發(fā)病機(jī)制。Briggs等[59]用MALDI-MSI研究早期和晚期卵巢癌患者福爾馬林固定石蠟包埋（formalin-fixed paraffin-embedded，F(xiàn)FPE）組織切片上N-聚糖的分布。與早期卵巢癌患者相比，寡聚甘露糖、復(fù)雜中性、分型和唾液酸化N-聚糖家族的空間分布都局限于晚期卵巢癌患者的腫瘤區(qū)域。Sun等[60]開發(fā)了一種新型基質(zhì)1，1′-聯(lián)萘-2，2′-二胺（1，1′-binaphthyl-2，2′-diamine，BNDM）用于同時(shí)定位和定量不同組織區(qū)域的代謝產(chǎn)物，成功表征了存活、壞死和結(jié)締組織區(qū)域大量代謝物的空間特征?；谠唤M織代謝物的數(shù)據(jù)分析顯示了肺癌潛在的代謝差異，可為腫瘤微環(huán)境分析提供新的視角。

5.4 MALDI-MSI在植物研究中的應(yīng)用

5.4.1 MALDI-MSI在植物生理過程研究中的應(yīng)用

MALDI-MSI已被廣泛應(yīng)用于植物學(xué)研究中的內(nèi)源性分子成像，為更好地理解植物的各種生理過程提供了巨大的潛力[5]。Wang等[61]利用MALDITOF-MS觀察了草莓在4個(gè)不同成熟期（綠色到紅色草莓）中檸檬酸、可溶性糖和花青素的分布差異。Montini等[62]將靶向代謝產(chǎn)物分析與MALDI-MSI相結(jié)合，研究了4種不同高粱品種的種子籽粒吸脹、萌發(fā)和幼苗發(fā)育72 h內(nèi)高梁苦苷及其循環(huán)產(chǎn)物和關(guān)鍵代謝產(chǎn)物的積累，以及這些代謝物在2個(gè)品系中的空間分布。O'neill等[63]用MALDI-MSI結(jié)合化學(xué)衍生方法，研究了玉米自交系B73和Mo17及其正反交后代根系中游離氨基酸的分布，顯示2種玉米根系中氨基酸豐度和分布存在差異，以及雜交種的雙親遺傳特性。Sugahara等[64]使用MALDITOF分析堇菜花的藍(lán)色花瓣中花青素與黃酮類輔色素的作用機(jī)制，并分析影響花青素化學(xué)穩(wěn)定性與顏色變化的因素（包括自身結(jié)構(gòu)、自堆積過程、金屬離子與pH的影響）。Nakamura等[65]使用基質(zhì)輔助激光解吸/電離-質(zhì)譜成像（matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry imaging，MALDI-MSI）技術(shù)結(jié)合基質(zhì)升華法，研究成熟綠色和成熟紅色番茄果實(shí)的整體組織水平在生理變化期間的時(shí)空代謝變化，有助于提高對(duì)番茄生理變化的理解。

5.4.2 MALDI-MSI在植物代謝物研究中的應(yīng)用

Zhan等[66]使用MALDI-TOF/TOF串聯(lián)質(zhì)譜成像方法，在分析洋蔥鱗莖組織中異構(gòu)二糖的空間分布時(shí)，通過碎片的相對(duì)強(qiáng)度來區(qū)分同分異構(gòu)體。Liu等[67]利用MALDI-MSI技術(shù)以高分辨軌道阱（Orbitrap）質(zhì)譜儀研究了棉籽中脂類的空間分布規(guī)律，有助于進(jìn)一步了解棉籽中這些脂質(zhì)的生物學(xué)功能。Li等[68]將MALDI-MSI技術(shù)應(yīng)用于藥用植物丹參特征成分的組織分布研究，顯示不同產(chǎn)地丹參中的化合物豐度和含量存在差異。Lu等[69]綜合使用MALDI-MSI原位脂質(zhì)成像、種子組織提取物的脂質(zhì)組分析和組織特異性轉(zhuǎn)錄組3種分析方法，揭示了高油和低油甘藍(lán)型油菜種子脂肪代謝的組織特異性。Araujo等[70]應(yīng)用MALDI-MSI研究了綠膿桿菌TC3.4.2R3與植物病原尖孢鐮刀菌（fusarium oxysporum）單培養(yǎng)和共培養(yǎng)過程中產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)代謝物之間存在相互作用。Deng等[71]采用MALDI-TOF-MSI研究了4種有毒糖生物堿在不同貯藏時(shí)間馬鈴薯塊莖不同部位中的空間分布和變化。Li等[72]使用自制的自動(dòng)輔助基質(zhì)應(yīng)用系統(tǒng)噴涂DHB基質(zhì)溶液，分析銀杏葉組織中各種代謝物的分布。Sarabia等[73]使用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS）、電感耦合等離子體質(zhì)譜（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）和MALDI-MSI的組合來分析鹽脅迫下大麥根區(qū)代謝產(chǎn)物和脂類的空間分布，闡明植物根部對(duì)非生物脅迫（如鹽分脅迫）的耐受機(jī)制。

6 結(jié) 語

質(zhì)譜成像可使組織中成分的分布可視化，顯示其結(jié)構(gòu)組成、豐度及其空間分布信息，這些優(yōu)勢使其在醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、微生物學(xué)和植物學(xué)等多個(gè)生命科學(xué)領(lǐng)域廣受歡迎[74]。MALDI-MSI已經(jīng)為包括蛋白質(zhì)、肽、寡核苷酸和多糖等大分子的分析提供了全新的分析條件，但對(duì)于小分子物質(zhì)，由于基質(zhì)電離后產(chǎn)生的相關(guān)離子在低分子量區(qū)域的背景峰的干擾，常常難以檢測。需要不斷研發(fā)適于小分子檢測的基質(zhì)，如納米材料基質(zhì)、離子液體基質(zhì)等。同時(shí)改進(jìn)儀器的空間分辨率、特異性和靈敏度，從而獲得高質(zhì)量的分析圖像。相信未來質(zhì)譜成像技術(shù)將會(huì)有更大的突破，使高質(zhì)量質(zhì)譜成像用于臨床疾病的預(yù)防和診斷、藥物在組織中的可視化定量分布分析，并為更多領(lǐng)域提供新的有價(jià)值的見解。