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摘要代谢物是动物体内的必需成分，在神经细胞的通讯中发挥着重要作用，并调节各种生物过程和行为。代谢物的浓度变化和代谢途径的异常与很多正常的神经元功能相关，包括睡眠和衰老，同时也与神经障碍如阿尔茨海默症(Alzheimer's disease，AD)等的病理学有关。因此原位解析不同空间位置的代谢物浓度和代谢途径的异常，对于了解代谢物在大脑不同区域的各种神经生理过程具有至关重要的作用。<br>　　质谱成像技术不仅无需标记，而且能同时研究生物组织上多种代谢物的分布和浓度变化。但常用的基质辅助激光解吸离子化技术(MALDI-MSI)中使用的大量基质会对代谢物产生离子抑制，二次离子质谱技术(SIMS)中产生的大量碎片也会干扰代谢物的鉴定。而解吸电喷雾电离技术(DESI)作为一种常压敞开式的软电离方式，无需任何样品预处理，更适合在生物组织切片中实现分子种类分布的无标记作图。为了能同时观察到生物组织上更多代谢物的分布，从而研究大脑疾病中代谢物的浓度和相关代谢途径的异常，鉴于此本文的主要目的是提高现有DESI技术的检测灵敏度，同时将改善后的方法用于疾病模型中代谢物和代谢途径的研究。<br>　　首先，我们针对原始质谱数据重构成像数据时出现形态异常成像图的问题，自主开发了一种采样点数归一化的校准方式，即经过最大值，中值或平均值归一化，使成像图达到接近100％的校准效果。同时为后续代谢物的可视化研究建立了深层次的分析方法。一是从生物组织的整体和局部两个层面探索各代谢物在空间分布上的相关性。二是针对后续神经疾病中异常代谢途径的研究，我们初步建立了一套综合多种检测手段的分析流程。<br>　　其次，通过DESI喷雾溶剂的种类、比例和成分提高DESI-MSI的灵敏度。一是在喷雾溶剂中加入醋酸铵提高衍生化DESI-MSI灵敏度。离线衍生的DESI-MSI是一种对氨基酸具有较高灵敏度的成像方法，但其灵敏度仍需改善。为此，我们尝试在此基础上向DESI喷雾溶剂中加入醋酸铵。先以γ-氨基丁酸、多巴胺和谷氨酸的衍生产物为例，探索醋酸铵的最佳浓度，并在不同喷雾溶剂中探索醋酸铵的效果。最后探索醋酸铵对小鼠脑切片上神经递质衍生产物的成像信号的影响。二是在DESI喷雾溶剂中加入三氟乙酸增同时对胆固醇和小分子代谢物进行可视化研究。在很多大脑疾病中都表现出胆固醇和其他小分子代谢物的浓度异常，因此同时探索它们在生物组织上的空间分布有利于深入了解疾病机制。胆固醇和多种代谢物都有接受质子的位点，故我们在DESI-MSI的喷雾溶剂中加入三氟乙酸，同时提高DESI对小鼠脑匀浆中胆固醇和代谢物的检测灵敏度。之后探索了三氟乙酸对小鼠脑切片中胆固醇和其他小分子代谢物的DESI-MSI成像信号和代谢物种类的影响。结果表明，代谢物的信号和种类都得到显著提高。因为使用三氟乙酸后能同时检测到更多种类的代谢物，所以可以观察更多代谢物空间分布之间的相关性。同时利用该方法探索了AD小鼠模型(5xFAD)中胆固醇和其他代谢物的浓度变化，证明了该方法在神经科学、药理学等领域中具有巨大潜力。<br>　　最后，我们利用上述建立的数据处理方式和灵敏度增强的DESI-MSI探究AD中异常的代谢途径。AD又称老年性痴呆，是一种与衰老相关的神经退行性疾病，其特征在于由逐渐的脑细胞凋亡引起的记忆障碍和人格行为改变，目前病因不明并且发病机制不明确。我们结合酸增强的DESI-MSI和免疫组化实验探索了AD不同发展阶段的代谢物和代谢途径的紊乱。我们发现AD发展过程中模型鼠APP23小鼠脑内存在多种代谢途径的紊乱，包括神经递质相关的代谢途径（谷氨酸-谷氨酰胺，谷氨酸-γ-氨基丁酸，胆碱-乙酰胆碱和胆碱-磷酸胆碱），脂质代谢通道（肉毒碱-乙酰肉毒碱）和嘌呤代谢相关的代谢途径（腺苷-腺嘌呤-次黄嘌呤）。该研究鉴定了AD早期出现浓度异常的代谢物和代谢物通道，提供了可能的早期临床诊断标记物和代谢物的靶向治疗位点，为AD的发生和发展提供可能的新的发病机制。