多模式质谱成像技术原位高覆盖研究醒脑静注射液治疗缺血性卒中的脑代谢调控机制

The metabolic disorders always occur in different brain regions during cerebral ischemic stroke (CIS) progression. Xingnaojing injection (XNJ) can cross the blood-brain barrier to treat the CIS by regulating the brain metabolic disorders through a multi-component and multi-target way. Therefore, it’s important to investigate the tissue-specific distribution of bioactive components derived from XNJ and their effects on the distribution and abundance of various metabolites through an effective technique in order to unravel the exact composition of effective components and their roles in the prevention of CIS. In this project, the in situ derivatization, ambient ionization and matrix-assisted laser desorption/ionization methods will be integrated into a high sensitivity and coverage analytical technique of multimodal mass spectrometry imaging (MSI) to visualize the tissue-specific distribution of XNJ components and/or their metabolites, as well as the spatial distribution and content of various metabolites in different brain regions after administration. The chemical and spatial information obtained in this work will be used to correlate the tissue-specific distribution of bioactive components and regulation of brain metabolism for understanding the effects of XNJ in the treatment of CIS. The research strategy proposed here will provide a new tool and new thought for unraveling the effective components in anti-CIS’s herbal medicines.

缺血性卒中（CIS）的发生常伴随着脑内不同区域的代谢紊乱，醒脑静注射液可透过血脑屏障通过多个靶点协调干预人体内源性代谢物网络的紊乱来治疗CIS疾病。因此，通过有效方法高覆盖地研究中药入脑成分的特异性分布及其对内源性代谢物含量和分布的影响，将对阐明该药治疗CIS的药效物质基础及作用机制有重要意义。本项目将基于原位衍生化、常压敞开式离子化及基质辅助激光解吸电离等方法共同构建适合分析中药复杂体系和脑内多种代谢物的多模式质谱成像（MSI）技术，用以精确识别和追踪醒脑静注射液原型成分、代谢/转化产物在CIS脑组织中的空间分布，并高覆盖地表征药物干预后多种代谢物在脑内不同区域的特征分布和含量变化。拟从中药药效成分的组织特异性分布及其对代谢紊乱调控的角度阐明醒脑静注射液治疗CIS的药效物质基础和脑代谢调控机制，为准确快速发现抗CIS中药药效物质以及中药整体效应评价研究提供新的方法和思路。

本研究旨在利用基质辅助激光解吸电离质谱成像（MALDI MSI）技术研究醒脑静注射液治疗缺血性卒中（CIS）的脑代谢调控机制。由于CIS的发病机制较为复杂，其中涉及到了由多种代谢物所组成的神经代谢网络的紊乱，因此本研究首先开发了基于组织原位化学衍生化的激光辅助组织转移（LATT）技术，用于与MALDI MSI联用高覆盖地分析脑内多种胺类代谢物的空间分布；随后，本研究采用该技术分析了CIS动物模型缺血/再灌注过程中的胺类代谢物的时空变化，建立了CIS相关的氨基酸代谢谱，并通过研究醒脑静注射液干预对脑内氨基酸紊乱的回调作用，阐明了中药治疗CIS可能的脑代谢调控机制；最后，为追踪醒脑静注射液药效成分及代谢产物在脑组织的分布，我们开发了新型的激光辅助化合物转移（LACT）技术，用以降低组织的离子抑制效应并提高质谱检测药物的灵敏度，并最终获得了多种中枢神经系统（CNS）药物在脑内的空间分布结果。因此，本研究从构建高覆盖的代谢物分析技术、研究CIS相关代谢物谱的扰动及回调机制、开发高灵敏的药物追踪方法等三方面开展工作，开发了基于激光辅助组织/化合物转移的多模式MSI技术体系，用以提高质谱原位分析组织中代谢物及药物的灵敏度，并借助该技术首次揭示了CIS脑内特定区域的时序性氨基酸代谢紊乱，发现醒脑静注射液可以通过修复兴奋性和抑制性氨基酸的异常代谢途径实现治疗CIS的效果。本研究成果可为今后准确发现及筛选抗CIS中药药效物质、中药整体疗效评价及作用机制研究提供新的方法和思路。