质谱成像原位探究肿瘤相关代谢物谱

摘要

众所周知，癌症是世界范围内造成人口死亡和经济损失的主要原因之一。人们针对这种疾病的研究已经持续多年，但是研究方法还局限于相对传统的技术。近年来，质谱成像(MSI)作为一种快速且原位的分析方法正在飞速发展。该技术可在无标记的情况下同时检测样本表面多种分子的空间分布，为我们进行肿瘤诊断及相应机理研究提供了新的手段。本研究采用基质辅助激光解吸电离(MALDI)傅里叶变换离子回旋共振质谱(FTICR MS)技术，研究肿瘤组织中脂类等多种代谢物的分布，旨在寻找可用于肿瘤诊断的潜在标志物并探究肿瘤微环境中代谢物的变化规律。
　　1.组织成像结合血液分析寻找具有甲状腺癌诊断能力的脂类标志物血液与组织中脂类的变化与肿瘤密切相关。本研究采用MALDI-FTICR MS方法分别对甲状腺癌患者（恶性、良性）的36例组织样本及289例血液样本进行分析，以寻找组织和血液中协同变化的脂类分子。多因素统计结合质谱成像结果发现甲状腺癌（恶性、良性）患者与正常人群的组织和血液样本中有10种脂类分子出现显著差异（卵磷腊3个、磷脂酸6个和鞘磷脂1个）。诊断分析发现卵磷脂(PC)(34∶1)、鞘磷脂(SM)(34∶1)和磷脂酸(PA)(36∶3)的脂类标志物组合对于甲状腺癌恶性、良性患者及正常人群有很好的诊断能力。
　　2.质谱成像原位分析六种癌症组织中脂类代谢物的变化规律乳腺癌、肺癌、结直肠癌、食管癌、胃癌和甲状腺癌等六种癌症在世界范围内具有很高的发病率和死亡率。文献报道脂类从头合成途径的激活是肿瘤发生发展的早期共性事件。本研究使用质谱成像方法结合2，5-二羟基苯甲酸(DHB)和1，8-二氨基萘(DMAN)基质分别在正、负离子模式下大规模分析了来自六种癌症的134例肿瘤组织样本。多因素统计结合质谱成像结果发现单不饱和脂肪酸和磷脂在肿瘤区显著上调，多不饱和的脂肪酸和脂类在相同区域显著下调。免疫组化结果显示脂肪酸合成酶(FASN)、硬脂酰去饱和酶(SCD1)以及胆碱激酶(CKα)在肿瘤区均出现上调。根据以上结果，六种癌症组织中的脂类从头合成途径可能被激活，且该途径在肿瘤区促进单不饱和脂类分子的合成，同时抑制多不饱和脂类的合成。
　　3.电场辅助循环喷雾系统结合高分辨率质谱研究临床组织样本中低分子量代谢物的分布低分子量代谢物(分子量＜500Da)作为一种重要的细胞成分与肿瘤的发生发展密切相关。但是，MALDI MSI对于低分子量代谢物在组织表面的检测存在着灵敏度不高和基质峰干扰的问题。本研究采用电场诱导循环喷雾系统(EFASS)在组织表面喷涂基质，结合FTICR MS实现高质量分辨质谱成像。与空气喷枪和真空升华等传统喷基质方法比较时发现EFASS能显著提高质谱检测低分子量代谢物的灵敏度和检测数量。使用该方法分析胃癌组织表面低分子量代谢物的分布，发现单不饱和脂肪酸（棕榈酸、油酸）和单磷酸核苷（单磷酸尿苷、单磷酸腺苷、单磷酸尿苷）在肿瘤区显著上调，核苷（肌苷、鸟苷、尿苷）和唾液酸在相同区域显著下调。

目录

论文说明

摘要

第一部分 前言

第二部分 组织成像结合血液分析寻找具有甲状腺癌诊断能力的脂类标志物

第一章 前言

第二章 材料和方法

2．1 主要仪器和材料

2．2 样本收集

2．3 组织样本制备

2．4 质谱成像数据采集

2．5 免疫组化

2．6 血液样本制备及质谱分析

2．7 数据处理和分析

2．8 结构鉴定

第三章 结果

3．1 分析方法的稳定性和重复性

3．2 甲状腺组织成像

3．3 分析甲状腺组织并确定目标代谢物

3．4 免疫组化分析

3．4 血液分析并确认肿瘤相关代谢物

3．5 比较组织和血液中脂类的变化趋势

3．6 肿瘤标志物评价

第四章 讨论

第五章 小结

第三部分 质谱成像原位分析六种癌症组织中脂类代谢物的变化规律

第一章 前言

第二章 材料和方法

2．1 主要仪器和材料

2．2 样本收集

2．3 组织样本制备

2．4 质谱成像数据采集

2．5 免疫组化

2．6 数据处理与结构鉴定

第三章 结果

3．1 质谱成像分析六种癌症组织

3．2 质谱分析所有组织样本并确定肿瘤相关脂类代谢物

3．3 六种癌症中特异性脂类分子的相关性分析

3．4 MUFAs／SFAs、MUPCs／SPCs的比值及FAs(or PCs)总量与癌症间的关系

3．5 FASN、SCD1和CKα在六种癌症组织中的表达

3．6 质谱方法区分六种癌症

第四章 讨论

第四章 小结

第四部分 电场辅助循环喷雾系统结合质谱成像研究临床组织样本中小分子量代谢物的分布

第一章 前言

第二章 材料和方法

2．1 主要仪器和材料

2．2 样本收集

2．3 组织样本制备

2．4 基质喷涂方法

2．4 质谱成像数据采集

第三章 结果与讨论

3．1 EFASS系统

3．2 高压电场对于原位检测小分子代谢物的影响

3．3 质谱成像分析胃癌组织中小分子代谢物的分布

3．4 确定胃癌相关低分子量代谢物

第四章 小结

第五部分 讨论

第六部分 结语

参考文献

附录

论文综述 质谱成像及其在生物医学领域的应用

致谢

声明

在读期间论文发表及会议参加情况