了解脂肪分子在生物體內(nèi)的分布和功能是揭示衰老、疾病和新陳代謝機制的關(guān)鍵。秀麗隱桿線蟲是一種透明的線蟲，由于其與人類基因相似且解剖結(jié)構(gòu)清晰，是研究脂肪儲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)是一項重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

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

該團隊將基質(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)，將幼蟲成蟲排列并固定在定制設(shè)計的微流控芯片上，芯片嵌入明膠-羧甲基纖維素混合物中，使用冷凍切片機切片，并通過 MALDI-MSI 進行分析。每張切片還進行了油紅O染色，以突出中性脂肪，從而確認并補充成像結(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的脂質(zhì)分布圖，同時保留內(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)而不識別它們，要么測量脂質(zhì)而不保留空間信息。而這種新方法兼顧了兩者：它可以檢測特定的脂質(zhì)分子并顯示它們在體內(nèi)的位置。在樣品制備過程中保留線蟲內(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研究單個線蟲特定組織中的脂肪動態(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的不同部位組織和發(fā)揮作用提供了寶貴的見解。

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

這種方法使他們能夠直觀地觀察脂質(zhì)在整個約1毫米長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性。個體線蟲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，還能看到它們在體內(nèi)的具體位置——無論是在腸道、咽喉還是胚胎中，”Mandic 補充道。

由于秀麗隱桿線蟲與人類共享許多基本生物學途徑，這項技術(shù)對生物醫(yī)學研究具有深遠的影響。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健康和疾病的關(guān)鍵因素下的行為。該團隊目前計劃將此工作流程應(yīng)用于各種秀麗隱桿線蟲菌株，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)生物學打開了大門——這種方式精確、可重復且細節(jié)豐富，”曼迪奇總結(jié)道。

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

更多信息： Sara Mandic 等人，《秀麗隱桿線蟲脂質(zhì)分子信息與解剖學關(guān)聯(lián)方法的開發(fā)》，《科學報告》（2025）。DOI ：10.1038/s41598-025-09577-9

期刊信息： 科學報告