AIMS Virtual 系列丨脑内胆固醇空间代谢成像
2015年,美国发布新版《居民膳食指南》,不再限制胆固醇摄入量。因其并非直接反应血液中的胆固醇水平,存在个体代谢差异。
胆固醇与心血管疾病相关性的世纪争论由来已久。不过,今天我们要谈的是大脑中的胆固醇。
实际上,胆固醇是维持人体新陈代谢不可或缺的脂类,广泛存在于动物体内,尤以脑组织中最为丰富,与衰老特别是神经退行性疾病相关,如帕金森病或阿尔兹海默症等。
血液中的胆固醇因存在血脑屏障不能进入大脑。脑中胆固醇主要由大脑自行合成,且分布不均,代谢活跃度也不一致。因此,我们需要对大脑不同功能区的胆固醇代谢进行精确成像。
英国斯旺西大学医学院将两种原位电离技术 AP/MALDI 和 LESA Plus 与 Orbitrap 质谱联用来对脑组织切片(10 μm 厚)中的胆固醇及其代谢物进行高空间分辨率(<10 μm 分辨率)或高灵敏度(pg/mg)成像。《2021 AIMS Virtual 原位质谱网络研讨会》上(点击查看),William J. Griffiths 教授在报告中展示了这些技术在鼠脑和人脑中的应用成果。
胆固醇代谢物含量比胆固醇本身至少低2~3个数量级,为了提高离子化效率和灵敏度,研究人员使用 SunCollect 基质喷涂仪对鼠脑中胆固醇及其代谢物进行原位衍生化,并用同样的方法加入氘代同位素内标(600 ng/μL)。
图1. 原位衍生化流程图
图2. 胆固醇衍生化反应
图3. LESA 脑组织取样后留下的痕迹的显微镜视图
图4. LESA-LC-MS 运行原理图
图5. (A)GP-衍生化胆固醇在不同脑区分布(MALDI成像) (B)全脑中9个不同脑区
图6. LESA-LC-MS 分析小鼠大脑切片,不同物质在不同脑区的分布差异。(A)胆固醇、(B)地甾醇、(C)8-DHC、(D)24S-HC 和(E)24S, 25-EC。(F)艾伦脑图谱显示 Cyp46a1分布
图7.(左)胆固醇及代谢物在不同脑区的层次聚类分析图。每个柱形表示一只小鼠,圆点数为切片数,柱形下方数字为取点数。(右)24S-HC 在不同脑区差异大小的树状图。
图8. 胆固醇合成和转化代谢流程图,红框部分所示,由于 Cyp46a1缺乏,如果胆固醇合成减少补偿了无法代谢的部分(即DHCR7减弱),则24S,24S,25-环氧胆固醇(24S,25-EC)含量应减少。
图9. 24S,25-EC 在野生型小鼠(A)和 Cyp46a1-/-小鼠(B)不同脑区的含量分布
Q:如何确保胆固醇已经完全氧化,该方法可以用于研究其他脂质吗?
● 文献来源:
Eylan Yutuc, William J. Griffiths, et al. Localization of sterols and oxysterols in mouse brain reveals distinct spatial cholesterol metabolism. Proc Natl Acad Sci USA. 117(11) (2020) 5749-5760.
www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1917421117
关于液滴萃取表面分析 LESA
拓展阅读,请点击:
《iScience》重磅丨LESA-MS 单细胞高通量脂质分析聚焦帕金森发病机理
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