空间代谢组学研究思路解析｜高阶版

上期“空间代谢组学研究思路解析｜进阶版”介绍了空间代谢组学和其它代谢组联合的研究思路。通过空间代谢组研究可初步解释疾病发展机制，了解代谢物分布与疾病发展关系。若需要进一步探讨疾病发病机制，可与其它组学技术（代谢组、蛋白质组、转录组、单细胞转录组、空间转录组等）联合应用。

本期，科技君为大家整理了三种空间代谢组和其它组学联合使用的研究思路以及两篇应用案例。期望通过这些思路与案例，给您的研究带来启发和灵感。

高阶版

空间代谢组学研究思路

高阶版空间代谢组学研究思路可分为以下三种：

1

通过转录组/蛋白质组等确定有显著变化的关键代谢物或代谢通路，再进行非靶代谢组或靶向代谢组检测，经过差异分析等找到关键物质，再利用靶向空间代谢组，观察目标代谢物在组织样本中的分布情况。

2

通过空间代谢组确定有显著变化的关键代谢物，再结合转录组/蛋白质组数据分析关键物质合成通路上的基因/蛋白酶的变化。

3

同时做空间代谢组和空间转录组，比较同一区域内基因表达和代谢物丰度的变化情况，以了解该区域内在基因和代谢水平的变化。

高阶版-空间代谢组学研究思路图解

文章案例

01

案例一：空间代谢组学揭示丹参和大叶丹参中萜类的分布和合成机制^[1]

研究背景：

丹参和大叶丹参中都富含二萜类化合物，并对心血管疾病具有治疗作用。但丹参和大叶丹参是否有不同的二萜类骨架，以及二萜类的空间分布都还不清楚。

研究思路：

利用非靶向代谢组学对根组织的次级代谢物进行分析，而空间代谢组学分析两种植物主根和叶片中二萜类化合物的空间分布。为了揭示萜类化合物相关积累差异的分子机制，对两种植物的根进行了RNA-Seq分析。为进一步解释不同部位二萜类化合物的分布机制，收集两种植物的四个部分（叶，表皮，韧皮部，木质部）进行RT-qPCR分析。通过描述两种丹参物种中二萜类化合物的特定组织分布和机制，将有助于进一步研究植物合成生物学中二萜类化合物的生物合成过程。

主要结果：

丹参中的二萜类化合物主要是含有呋喃或二氢呋喃D环的双萜醌类物质，主要分布在根的外皮层中。大叶丹参中的化合物主要是含有六元或七元C环的酚类双萜三环化合物，广泛分布在根的外皮层、韧皮部和木质部中。此外，大叶丹参的叶片富含丹参酮生物合成前体，而丹参的叶片富含酚酸。丹参酮生物合成上游途径基因在大叶丹参的根中高度表达，下游途径基因在丹参的根中高度表达。

02

案例二：空间多组学揭示了胃癌中细胞特异性代谢重塑和相互作用^[2]

研究背景：

绘制肿瘤代谢重塑及其与周围非肿瘤细胞的空间串扰图谱，可以从根本上提高我们对肿瘤生物学的理解，有助于制定先进的治疗策略。

研究思路：

对胃腺癌患者的相邻冷冻癌组织切片进行空间代谢组（AFADESI）、空间脂质组（MALDI）和空间转录组分析，从而提供跨肿瘤和周围正常细胞的空间代谢物、脂质和基因表达模式图谱。

主要结果：

空间多组学揭示了肿瘤内异质性。通过整合差异表达的代谢物、脂质、基因及其空间特征来构建代谢组-转录组关联网络，以发现肿瘤或周围正常组织中代谢物与基因表达之间的空间关系。胃癌中肿瘤相关的代谢重塑，精氨酸和脯氨酸代谢失调，脂质合成和代谢重编程。谷氨酰胺在肿瘤组织内被过度利用，其含量在瘤周淋巴组织中也显著减少。肿瘤微环境中组胺表达低、免疫细胞缺乏浸润可能是免疫系统无法抑制胃癌生长的另一个原因。胃癌中上调脂质、脂质合成相关酶基因和转录调节基因的空间分辨表征再次证明，肿瘤细胞必须重塑其脂质合成和代谢途径的调控和功能特性，以维持细胞活性。

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参考文献：

[1] Xia J, et al. Unveiling the spatial distribution and molecular mechanisms of terpenoid biosynthesis in Salvia miltiorrhiza and S. grandifolia using multi-omics and DESI-MSI. Hortic Res. 2023 May 31;10(7):uhad109.

[2] Sun C, et al. Spatially resolved multi-omics highlights cell-specific metabolic remodeling and interactions in gastric cancer. Nat Commun. 2023 May 10;14(1):2692.

供稿：肖玲

编辑：市场部

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