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炎癥性腸病(Inflammatory Bowel Disease，IBD)是一組特定的腸道慢性疾病的統稱，主要包括潰瘍性結腸炎(UC)和 克羅恩氏病(CD)。IBD是病因不明的慢性和復發性炎癥，可增加患結腸炎相關癌癥的風險。當前的治療方法并非普遍有效，并且可能產生嚴重的不良影響。因此，早期發現和準確識別疾病類型對于采取正確的治療很重要。結腸組織很復雜，包含不同類型的細胞，因此需要一種細胞特異性的分析工具來改善診斷和預后。在這里，我們介紹了從IBD患者獲得的內窺鏡活檢的10微米(μm)空間分辨率的質譜成像(MSI)研究。由于脂質的組成在細胞類型之間有不同，因此脂質指紋可以充當每種病變的特征。
島津UK與西班牙巴斯克大學及巴利阿里群島帕爾馬大學附屬醫院消化內科共同研究MALDI成像技術，揭秘人炎癥性腸病樣品組織復雜性。
方 法
本研究的樣品收集得到了巴利阿里群島倫理研究委員會許可(IB 2118/13 PI)。將切除的人類結腸組織在液氮中速凍并冷凍切片，厚度為10μm。使用基質升華儀，將基質(1,5-二氨基萘， DAN)涂覆在組織切片上，并使用島津專為蛋白組學、組織成像設計的 MALDI-TOF-TOF (MALDI-7090)質譜儀采集數據(激光光斑直徑10μm，載物臺步長10μm，掃描范圍200-1200 Da)。
圖1 MALDI-7090
人體結腸的解剖學對MALDI-MS具有挑戰性，隱窩的襯里由單細胞厚層輪廓組成。因此，精心優化的樣品制備和能夠實現高空間分辨率的MALDI儀器的結合對于提供結腸組織的準確表示至關重要。圖2顯示了m / z 861.550和885.550的MALDI圖像，以及相應的H&E染色部分和分割圖像。固有層，隱窩和肌層清晰可見，這得益于MALDI-7090的10um空間分辨率。
圖2、H&E的顯微鏡圖像與MALDI MS圖像(左)。離子分布的多重性表明，m / z 861.550處的離子特定于隱窩單元，而m / z 885.550處的離子特定于固有層。分割圖像(右)顯示上皮(白色)和固有層(橙色)之間的清晰分離。
采用6個潰瘍性結腸炎，6個對照組，7個克羅恩病和 7個對照進行數據分析。即使在單個像素級別，也可獲得出色的信噪比， 可以進行(亞)細胞水平的分析。
圖3顯示了PCA分類的結果。使用相關算法對MALDI圖像進行分割，揭示了脂質成分的真正復雜性。每個細胞群體都具有*的脂質特征， 能夠識別結腸細胞，隱膜細胞， 淋巴細胞或巨噬細胞。
圖3、LP和上皮(隱窩)的脂質特征分析
對照和疾病之間，以及在LP和上皮之間，脂質組成存在明顯差異。
結 論
使用基質升華和MALDI-7090，我們能夠確定克羅恩病和潰瘍性結腸炎的活檢切片中的脂質分布。固有層和隱窩中脂質分布的比較分析突出了脂質表達的重要差異。更深入的分析揭示了一個復雜的結構，其中每種細胞類型都具有特征性的脂質指紋。脂質表達的部分差異可能是由于免疫系統的浸潤細胞所致，從而增加了在分析這些復雜樣本時對空間敏感技術MALDI成像技術的需求。
島津MALDI成像系統，樣品處理采用基質升華涂覆方式，更好地形成結晶，自動化控制基質層厚度提高重復性。高性能的MALDI-7090，配有長壽命固態激光器，2kHz高速采集，專LUV自清潔技術，多用戶操作平臺可同時上載10塊靶板，是MALDI質譜成像、蛋白組學、脂類小分子、翻譯后修飾等研究理想平臺。
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