靠这项技术，如何成功判断不同胶质瘤的分级与预后？

　　基质辅助激光解吸电离（MALDI）成像质谱（MALDI-MSI）使医生能够研究脂质分子在组织中的分布。Rutka教授团队利用 MALDI-MSI 在大鼠胶质瘤大鼠颅内同种异体移植瘤，以及人髓母细胞瘤小鼠颅内异种移植瘤的组织切片中，识别具有预后意义的神经节苷脂。在健康成年啮齿类动物脑中，GM1 和 GD1 是主要的糖脂类型。这两种神经节苷脂在两种颅内移植瘤中均缺失。神经节苷脂 GM3 不存在于健康成年脑中，但在大鼠胶质瘤同种异体移植瘤中高表达。结合串联质谱分析，GM3（d18:1/C24:0）被鉴定为胶质瘤同种移植瘤中最丰富的神经节苷脂物种。相比之下，人髓母细胞瘤小鼠异种移植瘤以神经节苷脂 GM2（d18:0/C18:0）的显著表达为特征。这些数据表明，基于组织的神经节苷脂 MALDI-MSI 能够区分不同的脑肿瘤，并可能成为其分类与分级的有用临床工具。

　　PART.1、1种组织+一项技术

　　神经节苷脂是含有神经酰胺和唾液酸寡糖的糖脂（又称糖鞘脂）。它们位于细胞膜的外叶（胞外侧小叶），并在中枢神经系统中大量表达。在肿瘤细胞中，细胞膜周围微环境中神经节苷脂的摄取或脱落速率大大增加。GM3 和 GD3 是胚胎脑中的主要神经节苷脂。随着脑发育的推进，这些简单神经节苷脂的表达下降，而复杂神经节苷脂（GM1、GD1 和 GT1）的表达则增加。与胚胎脑相似，简单神经节苷脂（GM3 和 GD3）是肿瘤组织中最常见的细胞表面神经节苷脂。在人胶质瘤中，神经节苷脂的构象和浓度发生改变，与正常脑灰质和白质相匹配；主要神经节苷脂 GM1、GD1a 和 GT1b 在胶质瘤中显著减少，而神经节苷脂 GM3 和 GD3 占主导。

　　在人髓母细胞瘤中，基于对髓母细胞瘤细胞系的糖鞘脂分析，其主要神经节苷脂为 GM2、GM3 和 GD1a。在肿瘤组织中，神经节苷脂的生物学功能受其结构变化的影响。例如在神经母细胞瘤中，含有神经酰胺 16:0 的短链神经节苷脂 GD2 比含有较长神经酰胺链（24:0 或 24:1）的 GD2 神经节苷脂具有更强的免疫抑制活性，后者在非病理组织中更为丰富。肿瘤中神经节苷脂表达的这些变化，促使其被用作某些神经源性肿瘤的诊断和预后分子标志物。

　　基于神经节苷脂表达的组织学特征对人脑肿瘤进行分类、分级和预后判断，一直受到缺乏可视化特定神经节苷脂物种方法的限制。MALDI 成像质谱（MALDI-MSI）是一种可视化组织中多种分子分布的有力技术，已广泛用于组织中各种脂质的成像。冷冻切片经特定 MALDI 基质包被后，借助扫过组织表面的激光束发生电离；分析物离子从组织切片中解吸，并检测到连续的质量谱。由此获得分析物的分子分布及其强度随空间坐标变化的情况。多项报道已证明 MALDI-MSI 适用于脑组织中外层神经节苷脂分子物种的分析，但该 MSI 技术尚未应用于脑肿瘤。

　　研究首先利用 MALDI-MSI 研究大鼠胶质瘤大鼠颅内同种异体移植瘤中的神经节苷脂代谢与分布，并通过 LC-MS/MS 分析对所发现的神经节苷脂进行确证。为验证神经节苷脂 MALDI-MSI 能否区分不同脑肿瘤，还分析了人髓母细胞瘤小鼠颅内异种移植瘤。

　　PART.2、研究结果

　　研究先以 MALDI-MSI 研究了初代成年大鼠脑中 GM1 和 GD1 的表达与分布。GM1和神经节苷脂广泛存在于大脑皮层（图 1）。

　　图1：成年大鼠脑中 GM1和 GD1的 MALDI-MSI。离子强度以颜色表示（基于所提供的强度标尺）。箭头指示 MSI中可视化的峰。GD1-sa =GD1-唾液酸。

　　GD1在皮层的表达与 GM1神经节苷脂的表达重叠。对 GD1 标准品的分析证实，GD1 神经节苷脂在 MALDI-MSI 的负反射离子模式中可丢失其唾液酸基团，由此产生的 GD1 衍生物在 GM1 相同的质量处电离。脑中 GM1 的分布亦经霍乱毒素 B 亚单位染色得到确认（图2B），该亚单位可结合 GM1。CTB 染色显示 GM1 存在于皮质下白质，在皮层中则较弱。因此，皮层中 MALDI-MSI 检测到的 GM1 部分源于 GD1 碎裂是合理的推测。此外，GD1 神经节苷脂在皮层中尤为丰富。因此，将 1545 和 1573 m/z 处的峰标记为 GM1/GD1-唾液酸（GM1/GD1-sa）。此外，改变离子的标尺和强度后可见 GM1 亦定位于白质。

　　在含有胶质瘤颅内同种异体移植瘤的大鼠脑区域，GM1 和 GD1 神经节苷脂的定位未改变（图2A）。然而，这两种神经节苷脂在肿瘤中均缺失（图2A，圆圈）。大鼠胶质瘤的 CTB 阴性染色（图2B）佐证了 MALDI-MSI 对 GM1 的发现（图 2A）。胶质瘤细胞经神经纤毛蛋白-1（NRP-1）免疫组织化学呈阳性鉴定（图2B）。NRP-1 是一种细胞表面糖蛋白，在包括胶质瘤和髓母细胞瘤在内的多种肿瘤中高表达。

　　图2：大鼠胶质瘤颅内同种异体移植瘤中 GM1 和 GD1 的 MALDI-MSI。(A) GM1/GD1-唾液酸（H?）d18:1（m/z 1545）和 20:1（m/z 1573）、GD1 [M+Na?2H] d18:1（m/z 1874）和 20:1（m/z 1886）的 MSI。离子强度以颜色表示（基于所提供的强度标尺）。(B) 大鼠胶质瘤颅内同种异体移植瘤中分别以 CTB 和抗 NRP1 抗体免疫染色显示的 GM1 和 NRP-1 分布。圆圈指示异种移植瘤的位置。

　　对照大鼠脑和胶质瘤大鼠颅内同种异体移植瘤还分析了 GM2 和 GM3 的存在。GM2神经节苷脂在对照和同种移植脑切片中均未检测到，而含有 d18:1/C24:0 神经酰胺的 GM3特异性定位于胶质瘤移植区（图3A）。MALDI-MSI 与 H&E 的叠加强有力地证明了 GM3在胶质瘤同种移植瘤中的独特表达（图3B）。MALDI-MSI 与 H&E 的叠加突显了胶质瘤同种移植瘤中 GM1 神经节苷脂的缺失（图3B）。

　　图3：大鼠胶质瘤颅内同种异体移植瘤中 GM3 的 MALDI-MSI。(A) 大鼠胶质瘤颅内同种异体移植瘤中 GM3（H?）d18:1/C24:0（m/z 1264）和 d18:0/C20:1（m/z 1208）的 MSI。离子强度以颜色表示（基于所提供的强度标尺）。(B) 大鼠胶质瘤颅内同种异体移植瘤中 GM1/GD1-唾液酸（d18:1/C18:0）和 GM3（d18:1/C24:0）的分子组织学分布。红色方框指示胶质瘤异种移植瘤的位置。

　　研究以 LC-MS/MS 分析确证了 MALDI-MSI 数据。从 80 μm 厚脑冷冻切片中切取胶质瘤同种移植瘤和相当的非病理区域，进行糖鞘脂提取并经串联质谱检测。LC-MS/MS 分析验证了，与非病理脑组织相比，胶质瘤同种移植瘤中神经节苷脂分布由 GM1 向 GM3 的转变。

　　胶质瘤中最具代表性的 GM3 物种为 GM3（d18:1/C24:0；m/z 1264）。负离子模式下对 m/z 290 碎片的前体离子扫描证实了该质量峰的神经节苷脂身份。此外，GM1/GM3 标准品与胶质瘤糖鞘脂提取物的质谱比较验证了该肿瘤中 GM3 物种含有神经酰胺 d18:1/C24:0。

　　随后，以相同方法分析了人髓母细胞瘤小鼠颅内异种移植瘤。首先检测了初代成年小鼠脑中 GM1 和 GD1 的表达与分布，发现这两种神经节苷脂的分布（图4）与大鼠脑（图1）一致。这两种神经节苷脂物种的分布在带有人髓母细胞瘤颅内异种移植瘤的小鼠脑中得以维持（图5A）。随后以 MALDI-MSI 检测人髓母细胞瘤颅内异种移植瘤中 GM2 和 GM3 的存在。与胶质瘤同种移植瘤相反，GM3（d18:1/C24:0）神经节苷脂在髓母细胞瘤异种移植瘤中未检测到（图5A），仅可见内标（IS）。然而，MALDI-MSI 揭示了一种含有 d18:0/C18:0 神经酰胺的 GM2 物种（m/z 1385；M?H），其特异性定位于髓母细胞瘤异种移植区（图5）。MALDI-MSI 与 H&E 的叠加确证了 GM2（d18:0/C18:0）在髓母细胞瘤异种移植瘤中的表达（图5D）。髓母细胞瘤细胞经 NRP-1 免疫组织化学呈阳性鉴定（图5C）。

　　图 4：成年小鼠脑中 GM1 和 GD1 的 MALDI-MSI。(A) 健康成年小鼠脑中 GM1/GD1-唾液酸（H?）d18:1（m/z 1545）和 20:1（m/z 1573）、GD1 [M+Na?2H] d18:1（m/z 1874）和 20:1 [M+K?2H]（m/z 1902）的 MSI 与质谱。箭头指示 MSI 中可视化的峰。(B) 健康成年小鼠脑中 GM1/GD1-唾液酸与 GD1 物种分布的重叠。

　　图 5：人髓母细胞瘤颅内异种移植瘤中神经节苷脂的 MALDI-MSI。(A) 人髓母细胞瘤颅内异种移植瘤中 GM1/GD1-唾液酸（H?）d18:1（m/z 1545）和 20:1（m/z 1573）、GD1（[M?H]??）d18:1（m/z 1874）和 20:1（m/z 1902）、GM3（H?）d18:1/C24:0（m/z 1264）和 GM2（H?）d18:0/C18:0（m/z 1385）的 MSI。离子强度以颜色表示。(B) 人髓母细胞瘤颅内异种移植瘤中 GM2（d18:0/C18:0）的质谱。(C) 人髓母细胞瘤颅内异种移植瘤中以抗 NRP1 抗体免疫染色显示的神经纤毛蛋白-1 分布；插图为肿瘤区的 40× 放大。(D) 人髓母细胞瘤颅内异种移植瘤中 GM2（d18:0/C18:0）的分子组织学分布。方框指示髓母细胞瘤移植物位置。

　　PART.3、研究结论

　　研究利用 MALDI-MSI 分别展示了正常成年啮齿类动物脑，以及大鼠胶质瘤和人大鼠髓母细胞瘤颅内同种/异种移植瘤中各类神经节苷脂的表达与分布。正常啮齿类动物脑中的主要神经节苷脂为 GM1 和 GD1。GD1 在 MALDI-MSI 的负反射离子模式中可丢失其唾液酸基团，在此情况下会被检测为 GM1 物种。在大鼠和小鼠脑中观察到的 GM1 和 GD1 神经节苷脂分布相似，以及 CTB 对 GM1 的白质染色，支持皮层中的 GM1 信号部分源自 GD1 神经节苷脂这一观点。

　　多项研究已报道脑肿瘤中神经节苷脂的异常表达及其在脑肿瘤发生、进展和治疗中的作用。通过 MALDI-MSI，研究鉴定出 GM3 为大鼠胶质瘤同种移植瘤中的主要神经节苷脂物种。GM3 是最简单的神经节苷脂寡糖，并作为大多数更复杂神经节苷脂物种（包括 GD3、GM2 和 GD2）的前体。GM3 在人小脑 21 至 25 孕周（细胞增殖旺盛期）强表达；至 27 周，其表达显著下降，到出生后第二个月时脑中几乎检测不到 GM3。GM3 在肿瘤组织中过表达，是肿瘤细胞中最常见的神经节苷脂类型。GM3 的作用主要在肿瘤细胞凋亡和耐药方面得到研究。

　　脑肿瘤中的神经节苷脂谱已被证明与肿瘤的组织病理学起源、恶性程度、侵袭性和进展相关。在研究中，发现神经节苷脂的 MALDI-MSI 筛查能够区分两类脑肿瘤：MALDI-MSI 通过神经节苷脂 GM2 的表达识别出髓母细胞瘤异种移植瘤，而胶质瘤同种移植瘤表达 GM3。MALDI-MSI 在髓母细胞瘤异种移植瘤中未鉴定到任何 GM3 物种。原位细胞与培养细胞具有不同的表达模式，极有可能 GM3 在 Daoy 来源的原位髓母细胞瘤中不表达。或者，GM3 浓度低于 MALDI-MSI 的检测限，或辐照区域过小。研究表明，MALDI-MSI 检测到的分析物量随空间分辨率的平方而下降。通常GM2 在大多数组织中为次要神经节苷脂，但在包括 Daoy 髓母细胞瘤细胞系在内的某些癌细胞中高表达。由于可用组织量有限，研究未能通过 LC-MS/MS 在原位髓母细胞瘤异种移植瘤中确证 GM2 物种的身份。然而，研究观察到的 GM2 为颅内髓母细胞瘤异种移植瘤中主要神经节苷脂之一，与既往发现一致。

　　分子成像是一种能够对参与癌细胞结构和功能异常的分子（如神经节苷脂）进行组织学研究的技术。研究提供的证据表明，MALDI-MSI 能够区分不同脑肿瘤表达的各种神经节苷脂分子物种。未来，质谱成像或可应用于脑肿瘤的常规临床鉴别诊断。

• 文章标题：靠这项技术，如何成功判断不同胶质瘤的分级与预后？
• 更新时间：2026-09-03 10:17:46