中药应用在我国已延续数千年，但因药效物质不明确、作用机制不清楚也一定程度上制约了其现代化的过程。近年来越来越多更先进的组学检测技术被运用到中药研究中，以期解决上述问题。空间代谢组是将质谱成像和代谢组学结合的一种新技术，在对代谢物进行定性、定量的同时还可以同时获取空间分布信息，能对代谢物进行更全面的探究。空间代谢组学已在中药研究中有些很有意义的结果产出。目前基于研究样本主要分为两部分，一部分是以植物为主的中药材，通过对不同种类、不同生长发育时期、不同组织/器官（更细致微区域）等进行研究，为中药材品控、活性物质代谢机制等方面提供参考；另一部分以模型动物为主，在使用特定方剂/中药材/活性成分处理后，取模型动物靶器官/组织研究中药在体内发挥作用的机制。![]()
案例一：多组学结合MALDI-MSI揭示三七“狮子头”发育和品质形成的调控机制
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英文标题：Unveiling the regulatory mechanisms of nodules development and quality formation in Panax notoginseng using multi-omics and MALDI-MSI
发表期刊：Journal of Advanced Research（IF=11.4）![]()
研究内容：三七因其在传统中医中的作用而闻名，具有治疗作用，包括对血液系统疾病的双向调节作用。但是主根顶部附近的结节状结构，即钉头的存在，可能会影响根系的质量。本研究对钉头进行系统分析，探讨钉头与三七品质的潜在相关性，并研究钉头发育的分子机制。结果显示钉头来自未发育的外侧根。人参皂苷含量与钉头数量呈正相关。人参皂苷 Rb1在钉头皮层特异性积累，IAA、 tZR 和 JAs 也表现出最高的积累。转录组测序发现 PnIAA14和 PnCYP735A1是侧根发育的抑制剂。PnMYB31和 PnMYB78与 PnbHLH31形成二元复合物以协同调节 PnIAA14，PnCYP735A1，PnSS 和 PnFPS 的表达；调节植物激素和人参皂苷的积累，进一步影响植物的发育和品质。![]()
案例二：质谱成像和单细胞转录组分析揭示了红豆杉叶片中生物活性成分生物合成的组织特异性调节
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英文标题：Mass spectrometry imaging and single-cell transcriptional profiling reveal the tissue-specific regulation of bioactive ingredient biosynthesis in Taxus leaves
发表期刊：Plant Communications（IF=9.4）![]()
研究内容：红豆杉叶为紫杉醇提供了原材料，紫杉醇是一种天然抗肿瘤药物，广泛用于治疗各种癌症。然而，红豆杉叶中紫杉类化合物和其他活性成分的精确分布、生物合成和转录调控仍然是未知的。利用基质辅助激光解吸/电离质谱成像分析技术，观察了南方红豆杉叶片中各种次生代谢产物的组织特异性积累。单细胞测序结果细胞分为15个群集，表明红豆杉叶片细胞具有高度的异质性。本研究数据构建了第一个红豆杉叶代谢单细胞图谱，并揭示了几个次级代谢途径的时空表达模式。根据细胞类型注释，大多数紫杉醇生物合成基因主要在叶肉细胞中表达; 酚酸和黄酮类生物合成基因在叶表皮细胞(包括气孔复合体和保卫细胞)中高度表达; 萜类和类固醇生物合成基因在叶肉细胞中特异表达。一些新的和细胞特异性的转录因子参与了次级代谢产物的生物合成，包括 MYB17，WRKY12，WRKY31，ERF13，GT _ 2和 bHLH46。
案例三：通过质谱成像和空间代谢组揭示紫檀芪在脑缺血再灌注大鼠脑中的分布和代谢调节作用
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英文标题：Illustrate the distribution and metabolic regulatory effects of pterostilbene in cerebral ischemia-reperfusion rat brain by mass spectrometry imaging and spatial metabolomics
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研究内容：紫檀芪是一种具有优越药理活性和药代动力学特性的有前途的分子，可用于治疗缺血性卒中，但其作用机制尚不清楚。本研究利用质谱成像和空间代谢组学方法研究了紫檀芪在缺血大鼠脑组织中的分布及相关小分子代谢途径的变化。结果发现，紫檀芪能显著恢复缺血大鼠的脑微循环血流量，减少梗死体积，改善神经功能，改善神经元损伤。此外，其在缺血脑组织中广泛分布，为缺血半暗带的抢救奠定了坚实的基础。进一步研究表明，紫檀芪具有恢复能量供应、调节神经递质、减少异常多胺积累和降低磷脂代谢的作用。![]()
[1] Yu MY, Ma CX, Tai B, et al. Unveiling the regulatory mechanisms of nodules development and quality formation in Panax notoginseng using multi-omics and MALDI-MSI. J Adv Res. 2024 Apr 7:S2090-1232(24)00132-2.[2] Zhan XR, Qiu T, Zhang HS, et al. Mass spectrometry imaging and single-cell transcriptional profiling reveal the tissue-specific regulation of bioactive ingredient biosynthesis in Taxus leaves. Plant Commun. 2023 Sep 11;4(5):100630.[3] Ban WK, Jiang XY, Lv LJ, et al. Illustrate the distribution and metabolic regulatory effects of pterostilbene in cerebral ischemia-reperfusion rat brain by mass spectrometry imaging and spatial metabolomics. Talanta. 2024 Jan 1;266(Pt 2):125060.高分文章中那些精美的图片是怎么画出来的呢？我的数据测了一大堆，该怎么挖掘呢？别人已经开始从公共数据库中挖掘宝藏，而我只能眼巴巴望着那些冷冰的数据发呆？导师只给了一个原始数据，却问我要各种分析结果和图形怎么办......别担心，联川生物代谢组学从基础分析到高级分析“理论+实操+绘图”全流程的精品培训班即将来袭！
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