MALDI质谱成像技术在脑缺血过程中的应用研究

Stroke ranks only behind cancer and cardiac disease as one of the leading causes of death and a major cause of disability, with high incidence, morbidity and mortality. Matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) mass spectrometry imaging (MSI) will be applied in the present study for investigation of the pathophysiological mechanisms underlying cerebral ischemia from protein levels. Brain sections form the middle cerebral artery occlusion (MCAO) rat model will be washed to remove salts, lipids, and other interferences, following by on-tissue digestion with enzymes. Peptides will be analyzed using MALDI MSI and proteins that are involved in pathophysiological processes of cerebral ischemia will be identified by searching for protein databases. Since the operation is simple, proteins involved in pathophysiological processes of cerebral ischemia can be rapidly identified. If this research is successful, it has promising application for investigation in pathophysiological mechanisms of cerebral ischemia in place of traditional analytical and biological technologies.

脑卒中存在着发病率高、致残率高和死亡率高的现象，是继癌症和心血管疾病之后造成人类死亡和残疾的第三大原因。其中缺血性脑卒中占80%。为了更深入地阐明缺血性脑卒中的病理生理机制，本项目拟采用MALDI质谱成像这种高灵敏度和高通量的技术，从蛋白质水平上快速准确地对缺血性脑卒中进行研究。首先我们建立大鼠中动脉栓塞模型，通过冲洗预处理去除盐类，脂类等影响蛋白质质谱信号的化合物分子。然后采用蛋白酶对组织中的蛋白质进行原位水解，得到其肽段分子。最后我们将处理后的组织切片进行MALDI质谱成像，将肽段的质谱数据和蛋白质数据库相结合，我们可以得到与缺血性脑卒中相关的蛋白质的变化和空间分布信息。由于本项目研究操作简便，快速，能快速准确的发现与缺血性脑卒中相关的蛋白质分子，如获成功，有望代替传统的分析技术和生物手段用于缺血性脑卒中病理生理研究。

脑卒中是影响人类健康的重要疾病，病理生理机制及其复杂，脑缺血过程中代谢机制的阐明对于该疾病的预防和治疗具有非常重要的意义。大脑中动脉栓塞情况下，由于局部脑血流被阻断或者减少，使得其对基因表达起到强大的刺激作用，蛋白质作为生物细胞赖以生存的各种代谢和调控途径的主要执行者，其水平势必会由此发生相应地变化。虽然我们对缺血性脑血管病发病机制有了越来越深入地了解，但从蛋白质水平对其发病机制进行研究基本采用传统的生物学手段，这些手段所需程序繁琐复杂，花费时间较长，得到的只是某一个或少数几个蛋白质的变化信息，并且得不到分子的空间分布信息。在此研究背景下，我们借助于MALDI质谱成像技术，对脑缺血过程中蛋白质及多肽的变化进行了研究。在MALDI新基质开发，基质喷涂方法的开发，以及蛋白分析方法等方面开展了一系列的工作。我们对中动脉栓塞模型大鼠脑组织切片进行简单的预处理后，进行质谱成像，发现了50个多肽/蛋白质在缺血区域发生了变化,并对相对变化进行了相对的定量。对其中一部分多肽/蛋白质进行鉴定结果表明，参与能量代谢的多肽/蛋白质如细胞色素C氧化酶亚单元7a,7c,ATP合成酶膜亚单元等在缺血过程中发生了变。此外神经素颗粒，胸腺素β-4, 胸腺素β-10等也在脑缺血过程中发生了明显的变化。该方法研究操作简便，快速，能快速准确的发现与缺血性脑卒中相关的蛋白质分子，有望代替传统的分析技术和生物手段应用于其它疾病相关生物标志的发现。