了解脂肪分子在生物體內(nèi)的分布和功能是揭示衰老、疾病和新陳代謝機(jī)制的關(guān)鍵。秀麗隱桿線蟲(chóng)是一種透明的線蟲(chóng)，由于其與人類(lèi)基因相似且解剖結(jié)構(gòu)清晰，是研究脂肪儲(chǔ)存的廣泛使用的模型。然而，在如此微小的生物體中以高分辨率可視化脂質(zhì)是一項(xiàng)重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

日本岡山大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)由藤原昌三（Masazumi Fujiwara）教授及其博士生薩拉·曼迪奇（Sara Mandic）領(lǐng)導(dǎo)，與荷蘭馬斯特里赫特大學(xué)的羅恩·馬·希倫（Ron MA Heeren）教授合作，開(kāi)發(fā)了一種基于微流體的新型工作流程，可對(duì)秀麗隱桿線蟲(chóng)進(jìn)行高分辨率3D脂質(zhì)成像。他們的研究成果于2025年7月8日發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》（Scientific Reports）雜志上。

該團(tuán)隊(duì)將基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜成像 (MALDI-MSI) 與傳統(tǒng)脂質(zhì)染色技術(shù)相結(jié)合，以繪制線蟲(chóng)體內(nèi)脂質(zhì)分子的身份和位置。為了保存內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將幼蟲(chóng)成蟲(chóng)排列并固定在定制設(shè)計(jì)的微流控芯片上，芯片嵌入明膠-羧甲基纖維素混合物中，使用冷凍切片機(jī)切片，并通過(guò) MALDI-MSI 進(jìn)行分析。每張切片還進(jìn)行了油紅O染色，以突出中性脂肪，從而確認(rèn)并補(bǔ)充成像結(jié)果。

“這是我們第一次能夠以如此高的空間分辨率繪制秀麗隱桿線蟲(chóng)的脂質(zhì)分布圖，同時(shí)保留內(nèi)部結(jié)構(gòu)，”Mandic 解釋道。

傳統(tǒng)的脂質(zhì)分析技術(shù)通常需要權(quán)衡利弊——要么染色脂質(zhì)而不識(shí)別它們，要么測(cè)量脂質(zhì)而不保留空間信息。而這種新方法兼顧了兩者：它可以檢測(cè)特定的脂質(zhì)分子并顯示它們?cè)隗w內(nèi)的位置。在樣品制備過(guò)程中保留線蟲(chóng)內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)的能力是理解脂質(zhì)在不同組織中行為的關(guān)鍵。

“我們的技術(shù)為研究人員提供了一種可靠的方法來(lái)研究單個(gè)線蟲(chóng)特定組織中的脂肪動(dòng)態(tài)，”曼迪奇解釋道。

利用該方法，研究小組鑒定出幾種聚集在不同解剖區(qū)域的脂質(zhì)，包括咽喉、腸道和生殖系統(tǒng)。例如，一種與膽固醇代謝相關(guān)的脂質(zhì)主要存在于咽喉和前腸，這表明它在營(yíng)養(yǎng)吸收中可能發(fā)揮作用。這些發(fā)現(xiàn)得益于該方法的結(jié)構(gòu)保存，為了解脂肪分子如何在線蟲(chóng)的不同部位組織和發(fā)揮作用提供了寶貴的見(jiàn)解。

研究人員還將分析范圍擴(kuò)展到二維成像之外。通過(guò)排列和堆疊連續(xù)的組織切片，他們創(chuàng)建了單個(gè)線蟲(chóng)的三維重建圖，提供了脂質(zhì)分布的全身視圖，并具有出色的解剖細(xì)節(jié)。

這種方法使他們能夠直觀地觀察脂質(zhì)在整個(gè)約1毫米長(zhǎng)的生物體中的排列方式——這在以前是前所未有的。重要的是，該方法被證明具有高度的可重復(fù)性。個(gè)體線蟲(chóng)之間的差異大于任何技術(shù)上的不一致，證明了該工作流程的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

“這種方法讓我們不僅能夠看到脂質(zhì)的存在，還能看到它們?cè)隗w內(nèi)的具體位置——無(wú)論是在腸道、咽喉還是胚胎中，”Mandic 補(bǔ)充道。

由于秀麗隱桿線蟲(chóng)與人類(lèi)共享許多基本生物學(xué)途徑，這項(xiàng)技術(shù)對(duì)生物醫(yī)學(xué)研究具有深遠(yuǎn)的影響。它能夠研究脂質(zhì)在基因突變、環(huán)境壓力、藥物治療和衰老等人類(lèi)健康和疾病的關(guān)鍵因素下的行為。該團(tuán)隊(duì)目前計(jì)劃將此工作流程應(yīng)用于各種秀麗隱桿線蟲(chóng)菌株，包括攜帶疾病相關(guān)突變的菌株，并將該技術(shù)與脂質(zhì)定量工具相結(jié)合。

“我們的工作為以一種全新的方式可視化脂質(zhì)生物學(xué)打開(kāi)了大門(mén)——這種方式精確、可重復(fù)且細(xì)節(jié)豐富，”曼迪奇總結(jié)道。

總而言之，這項(xiàng)研究為研究人員提供了一種強(qiáng)有力的工具，可以在器官特定水平上檢查秀麗隱桿線蟲(chóng)的脂肪代謝，為更深入地了解衰老、代謝紊亂和疾病機(jī)制鋪平了道路。

更多信息： Sara Mandic 等人，《秀麗隱桿線蟲(chóng)脂質(zhì)分子信息與解剖學(xué)關(guān)聯(lián)方法的開(kāi)發(fā)》，《科學(xué)報(bào)告》（2025）。DOI ：10.1038/s41598-025-09577-9

期刊信息： 科學(xué)報(bào)告