质谱成像：解锁新污染物的“空间密码”，拓展环境毒理研究新维度——你不可不知的前沿技术！

新污染物（如POPs 、微塑料、纳米材料等）因具有环境持久性、生物蓄积性和毒性，正成为威胁人类健康与生态安全的重要隐患。当前，环境新污染物与人体健康关联研究备受关注，其毒性效应通过“代谢-蓄积-生物分子互作”多维路径传导，与组织器官特异性分布、内源性代谢网络的时空异质性密切相关。然而，传统检测技术（如 LC、LC-MS）仅可实现污染物的定性定量分析，无法解析其在生物体内的空间异质性分布及代谢扰动机制，亟需突破 “空间维度” 的技术创新。  

作为质谱技术的空间分析延伸，质谱成像技术（Mass Spectrometry Imaging, MSI）整合“定性、定位与定量” 三维分析功能，可在生物组织（从器官甚至到细胞层面）原位可视化外源性污染物与内源性代谢物的空间分布图谱（图1） 。该技术通过精准捕捉污染物在组织微区结构的特异性富集特征，动态追踪其跨生物屏障（如血脑屏障）及植物维管系统的时空迁移轨迹，并通过耦合“暴露剂量-响应”污染评估模型^{[1, 2]}，关联局部微环境中生物标志物的异常表达特征，为阐释污染物毒代动力学过程、定位细胞及亚细胞层面的毒性作用靶点、揭示组织微环境的分子应答机制，提供多维度的原位可视化分子证据^[3]。

岛津成像质谱显微镜 iMScope QT 凭借高分辨率原位检测等诸多技术优势，突破传统匀浆分析因 “均一化处理” 导致的空间信息丢失的局限，为解析污染物在生物体内的代谢、蓄积及毒性机制提供精准技术支撑，助力环境毒理学研究及风险评估。

（一）污染物分布特征解析：从器官定位到细胞微区

利用成像质谱显微镜，首次可视化水溶性羟基化富勒烯纳米材料 —— 富勒醇在斑马鱼组织中的分布特征（图2），发现其经水体暴露后可富集于鳃（含量最高）、肠道、肌肉并穿透血脑屏障进入脑部，并且呈现鳃丝、肠道壁细胞等组织微区的特异性聚集。研究证实，富勒醇具备潜在的跨屏障迁移能力和生物累积风险，为纳米材料生态风险评估提供细胞层面的直接证据。

（二）代谢扰动机制解析：污染物-代谢物共定位分析

基于成像质谱显微镜平台，成功建立斑马鱼肝脏中 PFOA 的原位可视化分析方法，发现PFOA在肝脏中呈非均匀分布，特异性富集于肝脏边缘。暴露组肝脏中15 种磷脂水平显著上调（p<0.05），其中膜磷脂 PE、PA 上调最明显（图3）。结合磷脂代谢变化与 H&E 染色病理结果可见，膜磷脂的异常上调可能破坏肝细胞膜稳定性，进而导致肝细胞水肿及肝血窦扩张等病理改变。

共定位分析显示，PFOA 与TG (54:11) 在肝边缘高度重叠，提示二者具有强结合亲和力并共存于结合位点；而与膜磷脂（PA、PS）分布模式差异显著（图4）。上述结果共同表明，PFOA 可能通过 “脂类结合”（与储存脂质 TG 结合）与 “膜结构扰动”（影响膜磷脂代谢）的双重机制引发肝毒性效应。研究首次在水生生物组织层面证实，PFOA的非均匀分布表明传统“全组织平均浓度”检测可能低估局部毒性效应，为解析 PFOA 的肝毒性作用靶点及组织微区蓄积机制提供了直接证据。

（三）剂量依赖与组织特异性响应：跨器官毒性比较

在前期研究基础上，进一步研究了PFOA暴露对斑马鱼肝脏、肠道、鳃及大脑组织中磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酸（PA）等特定磷脂的剂量依赖性扰动及空间分布特征（图5）。结果表明，PFOA 暴露引发的磷脂代谢紊乱呈现显著的组织特异性响应差异：肝脏、鳃和脑在低剂量暴露后，其磷脂水平可通过净化过程部分或完全恢复，表现出代谢扰动的可逆性；但肠道作为直接暴露组织，其磷脂变化最广泛且不可逆，低剂量恢复缓慢，且仍高于正常水平，高剂量下损伤进一步加剧。研究证实， PFOA暴露对斑马鱼的毒性影响为：肠道＞大脑＞肝脏＞鳃，为解析PFAS类污染物的生态毒性机制及风险评估提供了重要的时空动态证据。

当前，MSI 技术在环境领域的应用尚处发展阶段，但其在 “原位表征污染物-代谢物时空互作”“揭示毒性作用的组织微区机制” “构建暴露动力学模型”等方面展现出独特的优势。未来，随着空间分辨率与检测灵敏度的持续提升，MSI将深度赋能新污染物的毒性机制解析、健康风险评估及防控策略制定，推动环境毒理学研究从 “宏观分析” 向 “精准可视化”发展。