再帕尔·阿不力孜教授团队近日在《Journal of Pharmaceutical Analysis》期刊上发表题为“Dual mass spectrometry imaging and spatial metabolomics to investigate the metabolism and nephrotoxicity of nitidine chloride”的研究论文（被选为封面论文），介绍了一种基于双重质谱成像和空间代谢组学技术的创新方法，用于研究氯化两面针碱（NC）的代谢过程及其肾毒性机制。该研究通过高灵敏度的质谱成像技术和空间代谢组学分析，揭示了NC在肾脏中的代谢和累积特征，并深入探讨了其肾毒性的潜在机制，为NC作为新型抗癌药物的研发提供了重要的科学依据（DOI: https://doi.org/10.1016/j.jpha.2024.01.012）。
氯化两面针碱（NC）是一种季铵型生物碱，主要从两面针（Zanthoxylum nitidum (Roxb.) DC）的根部提取，是一种具有多种生物活性的化合物，展现了显著的抗炎、抗疟疾、抗真菌以及抗病毒效果。近年来的研究发现其具有广泛的抗肿瘤活性，是一种极具潜力的抗癌候选药物，但对于NC的安全性仍存在一定担忧，特别是关于其潜在的肝、心脏及肾毒性问题。因此，全面系统地评估该活性成分的安全性，并深入探究其毒性机制，对于推动NC作为新型抗癌药物的研发进程至关重要。
本研究采用本课题组自主研发的高灵敏空气动力辅助解吸电喷雾电离（AFADESI）-MSI及单细胞分辨的飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）等技术，同时结合空间代谢组学方法，从组织器官、微区及单细胞等不同原位水平开展NC时空代谢及肾毒性研究，旨在揭示NC在肾脏中的代谢和累积特征及其肾毒性的潜在机制（图1）。
图1 论文总体思路
本研究首先开展了NC长期尾静脉注射给药后大鼠肾脏毒性评估，通过观察大鼠的一般生理状态、生理生化指标和苏木精-伊红（H&E）染色组织病理学等进行了肾毒性评价（图2）；随后，应用液相色谱-质谱联用（LC-MS）技术分析NC在大鼠肾脏代谢产物，结果共鉴定到7个代谢产物，并建立了适用于NC及代谢产物高灵敏度、高选择性和定量NC的AFDESI-MSI分析方法（图3），探究了单次及重复给药后NC及其代谢物在大鼠肾脏组织的时空代谢异质性，以及NC在肾脏各微区的毒代动力学特征，结果显示药物原型在肾脏毒性发挥重要作用，NC在肾脏内皮层区域蓄积明显。进一步采用高空间分辨率ToF-SIMS技术定位分析NC蓄积部位，结果发现NC在肾小管上皮细胞中显著蓄积。应用空间分辨代谢组学方法共筛选出74个与NC毒性相关的差异代谢物（图4），提示了NC肾毒性涉及肾转运蛋白（如OCTs和MATE）、代谢酶（如PRMT和NOS）、氧化应激和炎症反应在发病机制中的作用。
图2 NC给药后大鼠肾损伤评价。
（A）肾脏重量。（B）肾/体重比。（C）重复给药21天后大鼠肾脏切片H&E染色图。（D）肾脏皮质部位H&E染色图。Control：空白对照组，L-NC：低剂量NC（2 mg/kg）给药组，H-NC：高剂量NC（6 mg/kg）给药组。与空白对照组相比，*P < 0.05，**P < 0.01（mean ±（SD），n = 6）。
图3 AFADESI-MSI分析方法特异性和线性考察。
（A）不同质量分辨率下大鼠肾脏中m/z 350.1387和m/z 350.1297离子的质谱图。（B）m/z 350.1387和m/z 350.1297的AFADESI-MSI图。（C）在空白肾组织匀浆切片上NC标准品的AFADESI-MSI图。（D）NC线性标准曲线（R2 = 0.9956, n = 3）。
图4 肾脏组织中参与脂质代谢途径的差异代谢物空间分布图像。
Control：空白对照组，L-NC：低剂量NC（2 mg/kg）给药组，H-NC：高剂量NC（6 mg/kg）给药组。
本文共同通讯作者再帕尔·阿不力孜，质谱成像与代谢组学国家民委重点实验室主任，博士生导师主要从事基于质谱技术的分析方法、新技术及其在生物医药等领域的应用研究； 王中华，中央民族大学生命与环境科学学院副教授，硕士生导师，主要从事质谱成像与空间代谢组学分析方法开发及其在糖尿病并发症、民族医药中应用研究。第一作者杨淑中央民族大学药学院博士研究生，主要从事中药（民族医药）安全性评价及空间代谢组学分析方法开发及其应用研究。
供稿：王中华 审校 王乔 陈坦 张严
