质谱成像技术及其在法医毒理学中的应用

周莉英，王鑫，向平

1.司法鉴定科学研究院 上海市法医学重点实验室 司法部司法鉴定重点实验室 上海市司法鉴定专业技术服务平台，上海 200063；2.烟台大学药学院，山东 烟台264005

质谱成像（mass spectrometry imaging，MSI）技术是将成像处理软件与质谱的离子扫描技术相结合的一种成像技术。与传统的成像方法相比较，该技术不需要染色、抗体、标记或其他复杂的样品前处理，可针对样品表面进行多点检测、多维获取数据，同时提供样品表面的多种分子或小分子代谢物的空间分布信息和空间立体结构信息[1]。毒（药）物在体内的吸收、分布、代谢和排泄的空间特征描述和量化对毒理学研究至关重要[2]。传统分析方法需要复杂的样品制备，耗时长、样品量大、检测成本高，当组织样品被匀浆和提取后无法了解毒（药）物在生物体内的空间分布[3]。随着科学技术不断进步，MSI 技术发展日趋完善，几乎无需样品制备，可以显示毒（药）物在复杂的组织样品中的代谢分布以及毒理作用[2-3]。目前常用的MSI技术有二次离子质谱（secondary ion mass spectrome⁃try，SIMS）成像技术、基质辅助激光解吸电离（matrixassisted laser desorption ionization，MALDI）MSI技术、解吸电喷雾电离（desorption electrospray ionization，DESI）MSI 技术等[4]。

尽管MSI 在蛋白质组学、代谢组学、新药研发以及生物医学等领域已经有所应用[5-6]，但作为一种新兴的技术，MSI 在法医毒理学领域的应用仍处在探索阶段。本文介绍了质谱成像技术的原理、样品制备、离子化技术，综述了MSI 在法医毒理学中的研究成果及其应用，并对其应用前景进行展望。

1 MSI 技术原理

1.1 SIMS成像

SIMS 是在高真空环境下，利用高能初级离子束［氩离子（Ar+）、金离子（Au+）、碳簇离子（C60+）等］轰击样品表面，使得样品表面被分析的分子或原子被释放出来并离子化，产生的次级离子再进入质量分析器，进而被检测分析[7]。SIMS 是目前MSI 中具有最高空间分辨率的成像技术，纳米SIMS（nanometre SIMS，nanoSIMS）使横向空间分辨率在50～100 nm，而纵向深度剖析分辨率能达到约5 nm[8]。由于其初级离子束能量较高，蛋白质、多肽等大分子易碎片化，相对分子质量分析范围约在2 000 000，主要用于脂类、小分子代谢物等化合物的质谱成像研究[9]。近年来，研究[10-11]发现金属辅助或基质增强等修饰方法可以大大增加SIMS-MSI 的检测范围并且提高检测灵敏度，已用于多肽等的研究。

1.2 MALDI-MSI

MALDI 技术的基本原理是将分析物与对激光波长范围具有吸收并能提供质子的基质混合溶解形成混合体，在真空条件下用激光束轰击混合体，基质吸收激光能量并传递给分析物，从而使分析物解吸电离的一种软电离技术。CAPRIOLI 等[12]于1997 年首次将该技术应用于生物大分子，成功表征了生物组织切片中蛋白质和多肽分子的空间分布信息。MALDI-MSI在成像过程中易产生基质效应引起目标化合物位移，出现空间匹配错误等问题，其空间分辨率（5～10 μm）较SIMS 低[13]。基质的种类和应用对MALDI-MSI 分析至关重要，会影响灵敏度、空间分辨率和选择性。近年来与MALDI 相似的成像技术相继出现，如纳米结构启动MSI 技术，无需基质即可获得较高的灵敏度和空间分辨率（150 μm）；大气压-基质辅助激光解吸电离（atmospheric pressure-matrix-assisted laser desorp⁃tion ionization，AP-MALDI）技术使用红外激光在大气压条件下即可对小分子化合物进行成像[14]。

1.3 DESI-MSI

DESI 技术基本原理是溶剂在雾化气带动下经高压放电形成喷雾，以一定角度吹扫检材表面，将部分被分析物分子溶解，并形成次级带电液滴束以合适角度喷入质谱入口而进行检测和分析[15]。最早是由Cooks 等于2004 年提出的一种原位、快速高通量、无需基质的软电离分析技术[15]。使用电喷雾发射器可以直接从冷冻组织切片样品中提取分子，而且具有组织染色相容性。收集到的组织样品快速冷冻后，储存在干燥环境中，可直接用于DESI-MSI 分析。DESI 的空间分辨率较差，一般为100～200 μm，低于MALDI 和SIMS 技术[16]，但在溶剂组成和流速等条件优化后，空间分辨率可达40 μm 左右[17]。此外，DESI 在图像采集前，需要对许多参数（如喷雾角度、样品距离）进行优化。表1 比较了SIMS、MALDI 和DESI 离子化技术。

表1 SIMS、MALDI和DESI的比较Tab.1 Comparison of SIMS，MALDI and DESI

1.4 其他MSI技术

近年来，离子化技术得到了迅速发展，其他可用于MSI 的离子化技术包括激光消融电喷雾电离（la⁃ser ablation electrospray ionization，LAESI）、实时直接分析离子化（direct analysis in real time，DART）、纳米结构启动质谱（nanostructure initiator mass spec⁃trometry，NIMS）、空气动力辅助离子化（air flow as⁃sisted ionization，AFAI）。

AFAI 技术的基本原理是高流速空气流萃取可以有效捕获带电液滴促进去溶剂化和离子的形成，防止离子在形成过程中碎片化，基于以上特点提高了远距离成像的灵敏度和稳定性，扩展了待测样品的应用空间[18]。低温等离子体（low temperature plasma，LTP）是气体在放电场作用下产生低温等离子体，喷射到样品表面，使分析物解吸并离子化[19]，其特点是低温、无损、软电离，通常用于贵重物品（如艺术品上的油墨）的成像分析。LAESI 是将激光与电喷雾电离（electro⁃spray ionization，ESI）源相结合，分析物先被290 nm 的激光消融解吸后，再由ESI利用甲醇-水溶液（V甲醇∶V水=1∶1）电喷雾进行离子化[20]，该方法不需要任何样品前处理，其质量检测范围涵盖了大、小分子，要求分析体系含有一定量的水分。

2 样品制备

MSI 样品制备是复杂且重要的，是实验成功的关键步骤，主要包括样品采集与储存、组织切片、组织预处理、基质的选择及应用等。

2.1 样品采集与储存

获得新鲜样品（脑、肾、肺、心、毛发等组织和植物）后，为了保持样品的形态、分析物的空间分布及减少降解，需要将样品立即冷冻[21-22]。因为组织的不同部分会以不同的速度冻结，快速冷冻可能导致样品破裂。一般为避免样品变形和降解，将组织用铝箔松散地包裹起来，使其漂浮在冷冻液（如氮气、乙醇、异丙醇或异戊烷）上方，并保持在-40 ℃或-80 ℃。有报道[23]，植物样品在-80 ℃储存1 年没有明显的降解，但长时间在-80 ℃下贮藏会影响冷冻组织样品的完整性，尤其是含水量多的植物因水分升华会导致缩水。一般将植物组织切片置于玻璃片上真空干燥后，放于带几个小孔（约2 mm）的50 mL 离心管中，贮存在真空袋中隔绝空气和水分。

2.2 组织切片

组织切片是MSI分析的关键技术。冷冻组织切片易于保持组织原有形态、操作简便，成为首选的切片方法。通常在低温恒温器中切割，厚度为5～15 μm 的组织切片是分析相对分子质量3 000～20 000 大分子的首选[5，23]。冷冻过程中通常选择的包埋介质是最佳切削温度聚合物（optimal cutting temperature polymer，OCT），但应注意避免OCT 污染组织切片进而导致离子抑制。现在多采用冰或聚合树脂、羧甲基纤维素、明胶等代替OCT 作为包埋介质[24]。毛发切片可以无需在冷冻条件下，如采用20～80 μm 凹槽的不锈钢金属板设备加上自行设计的切割装置[25]。植物组织与动物组织相比，细胞内有细胞壁和大液泡，切片厚度最佳为10～20 μm。切片温度一般选择-20 ℃～-16 ℃，温度过低容易造成植物组织破裂。对于不同的植物和同一植物的不同器官，其含水量和质地差异较大，通常采用干冰冷冻的钢板冷冻植物组织或在液氮中冷冻用铝箔松散包裹的植物组织。WU 等[26]选取植物根部的中间部分，使用低温冷冻切片机切片，用镊子轻轻夹起组织切片转移到MALDI 靶板上。植物的干组织（如茎、死亡的植物）可以在室温下用显微薄片切片机或震动切片机切片，如IMAI 等[27]在室温下使用滑动切片机对木材的心材和边材进行显微组织切片，制备约30 μm 厚的切片。此外，用于切片的一次性刀片的表面通常有一层非常薄的润滑油膜，在切片前通常用甲醇和丙酮清洗刀片，以避免切片污染。

2.3 组织预处理

将组织切片固定在支撑板上，在沉淀基质之前进行冲洗，可以提高所获取图像的质量[28-31]。若分析动物组织切片中的蛋白质，一般使用乙醇溶液洗涤以去除组织表面脂质和盐，若组织切片中脂质含量高，建议用有机溶剂（如氯仿或二甲苯）洗涤进行脱脂，不会使分析物发生移位[32-33]。

2.4 基质的选择及应用

基质的种类多种多样，不同的基质对分析物的解吸效果不同。常见的需要基质的MSI 离子化技术有MALDI、MetA-SIMS 和ME-SIMS。合适的基质对于MALDI 组织分析获得高质量、高灵敏度的谱图十分关键。MetA-SIMS 和ME-SIMS 技术的开发大大增加了分析质量范围，如检测到的准分子离子可达到m/z10 000[10]。

2.4.1 基质的选择

为了获得高质量的质谱数据和分析物的空间信息，选择合适的基质和优化分析参数是关键。基质的选择主要根据分析物的理化性质和实验的质量范围。脂质分析物容易碎片化，丧失特异性和敏感性，由二羟基苯乙酮（dihydroxyacetophenone，DHA）、七氟丁酸（heptafluorobutyric acid，HFBA）和硫酸铵组成的基质混合物可以显著抑制脂质阳离子化，同时可以对鞘磷脂和磷脂酰胆碱进行高分辨成像[34]。MALDI常用的基质包括芥子酸（sinapic acid，SA）、α-氰基-羟基苯丙烯酸（α-cyano-4-hydroxycinnamic，CHCA）、2，5-二羟基苯甲酸（2，5-dihydroxybenzoic acid，DHB）。其中，SA 常用于高分子量蛋白质检测，CHCA 是小分子化合物的首选基质。基质浓度主要影响晶体覆盖率和质谱信号的质量，如与10 mg/mL 或20 mg/mL 溶液相比，基质质量浓度>30 mg/mL 的SA 产生高质量光谱[23]。

MetA-SIMS 常用金属离子有银离子（Ag+）、Au+，如Au+附着的多肽比未与Au+结合的多肽有更高的二次离子发射，随Au+的表面积增加，使多肽的离子信号呈指数增长[11]，ME-SIMS 常用基质有CHCA、DHB等，以确保晶体尺寸不会影响分辨率[10]。

2.4.2 基质的沉积

高质量的图像依赖于高效的基质对分析物的沉淀，MALDI、SIMS 成像技术需要基质的沉积。通常基质覆盖于切片表面，要求组织切片上的蛋白质无扩散或位移、基质与蛋白质形成良好的结晶、晶体的尺寸小于MSI 的分辨率。通过升华作用使基质均匀地沉积在样品板上，避免了基质中的过量溶剂使分析物发生空间位置迁移现象。DHB、CHCA 和1，5-二甲基萘（1，5-dimethylnaphthalene，DAN）通常采用升华法沉淀，还可以通过在组织表面喷涂基质溶液的方法来沉淀基质。通过比较电喷雾、喷枪和喷墨等不同的基质沉积方法，发现喷墨沉积的组织样品的图像质量和重复性更好[35]。此外，还有无溶剂的方法，该方法适用于大多数分子，但分析较大的分子时灵敏度下降。

3 MSI 在法医毒理学中的应用

近年来，MSI 技术在各个领域的应用日趋成熟。基于MSI 技术的独特优势，可以实现不同分子或多种分子、高灵敏度的同时检测，并提供目标化合物的空间分布和分子结构等信息。因此，MSI 在法医毒物学领域具有应用前景。

3.1 MSI在体外检材检测中的应用

3.1.1 MSI在缴获物检测中的应用

强效致幻剂通常制成像邮票大小、有各种图案的吸墨纸，可导致严重的中毒，吸墨纸上的致幻剂分布不均匀存在过量使用的风险，LÜTZEN 等[36]通过3 种成像技术和液相色谱-质谱法（liquid chromatogra⁃phy-mass spectrometry，LC-MS）对生产工艺进行了阐述，以DHB（0.1 mol/L，0.1%三氟乙酸）为基质，随后采用MALDI-MSI 对吸墨纸上的致幻剂N-（2-甲氧基苄基）-2-（2，5-二甲氧基-4-氯苯基）乙胺［2-（4-chloro-2，5-dimethoxyphenyl）-N-（2-methoxybenzyl）ethana⁃mine，25C-NBOMe］和N-（2-甲氧基苄基）-2-（2，5-二甲氧基-4-碘苯基）乙胺［2-（4-iodo-2，5-dime⁃thoxyphenyl）-N-（2-methoxybenzyl）ethanamine，25INBOMe］进行成像，显示2 种分析物的分子分布不均匀，这可能是由于在生产过程中采用了单面喷涂的方法，与浸渍干燥相比，易造成纸张表面的不均匀分布。随后液相色谱-串联质谱（liquid chromatographytandem mass spectrometry，LC-MS/MS）进一步证实了成像分布结果，在邮票上分别取5 个热点区域、5 个常规区域用以提取分析，不同药物的定量结果显示，热点区域的25C-NBOMe 均值明显高于常规区域（t检验，n=10，P>0.05），同样25I-NBOMe 也得到相似的结果（t检验，n=10，P>0.05），结果显示，吸墨纸上的致幻剂分布不均，意味着使用者存在用药过量的风险。采用MSI 技术可以快速表征毒品在吸墨纸上的整体分布，而采用传统的分析技术，需要复杂的样品前处理过程，不能完整地呈现毒品在吸墨纸上的分布情况。

不法分子为逃避打击，将滥用药物掺杂在其他草药混合物中，MSI通过可视化可快速定位滥用药物，而无需低效地随机取样和显微镜形态学检查。KUWAYAMA等[37]将掺杂大麻和合成大麻素的草药混合物的碎片涂在双面胶上，粘在不锈钢板上，用导电片覆盖并压制，喷洒基质溶液后，采用MALDI-MSI 对样品中大麻素的分布进行成像分析。然后将含有大麻素的部分用镊子选择性地夹起并脱色，使用生物显微镜可以在大部分碎片中观察到作为大麻的特征的钟乳体毛和腺毛。百万电子伏特SIMS（million electron volts-SIMS，MeV-SIMS）与传统SIMS 的主要区别在于，MeV离子与样品通过电子能量损失相互作用，更加温和地溅射产生二次离子，甚至可以提供比传统的SIMS 方法高1 000 倍的二次离子的产率。JENČIČ 等[38]运用MeV-SIMS 对大麻叶中Δ9-四氢大麻酚（Δ9-tetrahydro⁃cannabinol，THC）、Δ9-四氢大麻酸-A（Δ9-tetrahydro⁃cannabinolic acid-A，THCA）和Δ9-四氢大麻酸-A-C4（Δ9-tetrahydrocannabinolic acid-A-C4，THCA-C4）的分布进行成像，在毛状体区域THCA 和THCA-C4 酸的信号显示增强，大麻叶中不含或含有少量THC。因为THC 是通过非酶脱羧作用生成，而THCA 在快速重离子束诱导的解吸作用下没有遵循脱羧路径，所以THC 分子产率没有显著增高。

3.1.2 MSI在潜指纹成像中的应用

MSI 在指纹中的外源性毒品以及吸毒者指纹中的毒品及其代谢物的分析中具有重要意义。IFA 等[39]将志愿者手指浸泡在含有微克级可卡因的溶液后，采用DESI-MSI 对玻璃、纸张、塑料等普通材料上留下潜指纹进行成像，通过可卡因的质谱数据库建立其分布图从而形成指纹图，对照组为将同一志愿者的手指浸泡墨水后在普通材料上留下的指纹图，将2 组指纹图输入指纹识别软件所得结果相同，还可以根据不同个体产生的潜指纹中所含物质的差异加以区分。SZYNKOWSKA 等[40]将苯丙胺、甲基苯丙胺和3，4-亚甲基二氧基甲基苯丙胺（3，4-methylenedioxymetham⁃phetamine，MDMA）3 种滥用物质沾染到手指上后，运用SIMS-飞行时间（time-of-flight，TOF）-MSI 表征和可视化分析在钢、铝、黄铜和玻璃4种材料上留下的指纹中的目标物，结果显示，在钢、铝和黄铜表面均检测到苯丙胺和甲基苯丙胺，在玻璃表面检测到MDMA，该方法可以观察到非常小的被测指纹及指纹上的微对象，对痕量毒品的分析具有重大意义。SKRIBA等[41]通过纳米结构辅助激光解吸电离成像（nanostructureassisted laser desorption-ionization，NALDI）-MSI、MAIDI-MSI 和DESI-MSI 对潜指纹中的非法药物进行成像并进行比较，NALDI 分析无需基质并且灵敏度最高，即使0.1 μmol/L 溶液也能显示出信号，这3 种方法的灵敏度从高到低依次为NALDI、MALDI、DESI，执法人员可以使用MSI 技术分析药物或药物污染物（脂肪酸或化妆品），在逮捕时使用指纹扫描来确认吸毒者是否接触过可疑药物，可有助于减少实验室的工作。

3.2 MSI在生物检材检测中的应用

3.2.1 MSI在毛发分析中的应用

毛发用于滥用药物检测在法医毒理学领域具有独特的优势，毛发分段分析提供了滥用药物使用状态和使用信息。目前，MSI 技术已被用于监测滥用药物在整个毛发样品中的分布。MIKI 等[42-43]首次报道采用MALDI-MS 和MALDI-傅里叶变换离子回旋共振（Fourier transform ion cyclotron resonance，FTICR）-MS 成像技术在毛发样品纵切面检测甲基苯丙胺。随后，SHEN 等[44]运用MALDI-FTICR-MS 成像技术，对长期吸毒者单根毛发中的氯胺酮分布进行原位分析，以CHCA 为基质，使用自制的尖端在毛发表面涂抹基质溶液，MALDI-FTICR-MSI 以更高的空间分辨率显示了氯胺酮在整根头发上的分布。

此外，FLINEDERS 等[25]首次采用MetA-SIMS 成像技术获得可卡因在毛发中的MSI 分布图。随后，FLINDERS 等[45]提出对单根毛发样品进行包埋和冷冻，以便对毛发样品进行横向切割。毛发样品经去污后，对单根头发样品的两端分别附上两个小磁铁，将毛发样品放入含10%明胶溶液的塑料管中，将其置于液氮中快速冷冻30 s，再从塑料管中取出，切成1 cm的块状，将其中一段粘在冷冻切片机中，在-20 ℃下切割出12 mm 厚的横切面。与其他毛发分析技术相比，使用MetA-SIMS 可以更精细地观察毛发组织切片中药物分布信息。传统方法仅可以提供约1 个月的吸毒时间框架，不能监测药物及其代谢物的空间分布，使用MetA-SIMS 的空间分辨率是1 μm，理论测量时间可以低至5 min，更精确地显示可卡因及其主要代谢物苯甲酰爱康宁的分布[25]。头发漂白等外部因素可能会影响毛发中可卡因的检测结果，了解漂白后的头发中是否可检测到可卡因和代谢产物具有重要意义。CUYPERS 等[46]采用MALDI-MSI 研究用过氧化氢处理对检测头发中可卡因的影响，以CHCA 为基质，成像结果显示，经短时间漂白的头发中检测不到可卡因及代谢物（芽子碱甲酯、苯甲酰爱康宁、羟诺卡因、二羟基可卡因），而在过氧化氢溶液和洗液中可检测到，因此解释毛发分析结果时需考虑漂白对结果的影响。LIN 等[47]采用MALDI-MSI 对毛发中吲哚-3-羧胺类大麻素鉴定和成像，正离子模式下，比较了喷雾和升华2 种基质沉淀方法，结果表明，升华法的成像分辨率高且几乎没有分子扩散，因此采用升华法分析合成大麻素衍生物在毛发较宽的时间窗内的空间分布，检测灵敏度可达每2 cm 头发检出0.1 ng 合成大麻素。

3.2.2 MSI在滥用物质及其代谢物的组织分布中的应用

MSI 技术已经用于研究滥用物质及其代谢物在组织中的分布，了解其在生物体内的变化过程，有助于了解在体内的作用机制。

3.2.2.1 MSI 在动物整体分析中的应用

研究毒（药）物在整体动物体内空间分布、靶向器官和含量信息，对于了解毒（药）物在体内的药理毒理作用、与机体间相互作用、毒（药）物在体内的代谢机制等具有重要的意义。在整体动物组织中可以直接定位毒（药）物及其代谢物的分布。目前为止，MSI已成功应用于大鼠、小鼠、蝗虫、斑马鱼等的整体成像[48]。例如，将斑马鱼置于1.25～5.0 mg/L 的神经毒素二甲基双十八烷基氯化铵（dimethyldistearylammonium chloride，英文名AMMOENG 130）溶液中96 h，采用DESI-MSI 分析AMMOENG 130 及其脱氨基的代谢物在斑马鱼体内的分布，发现在较高浓度时，AMMOENG 130 及其代谢物主要分布在鳃中，在最低浓度下AMMOENG 130 及其代谢物可穿过血脑屏障，并在大脑、鳃和其他区域积聚，该方法给直接分析水生生物体中外来的、有毒的残留化合物带来巨大的希望[49]。

3.2.2.2 MSI 在脑组织分析中的应用

药物成瘾现象会影响大脑中枢神经系统中的脂质水平的变化。MSI 技术不仅能够根据其分子量和特征性片段化模式来检测和识别脂质，而且还能够可视化识别已发生变化的位置。目前，SIMS[50]、MALDI[51]、DESI[52]等MSI 技术均已用于脑组织中脂类分子的成像分析。运用MALDI-MSI 在正负离子模式下均可电离脂类分子，正离子模式主要用于分析鞘磷脂、卵磷脂和甾醇，而负离子模式主要用于分析磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇和硫酸脂。BODZON-KULAKOWSKA等[52]使用DESI-MSI 技术分别在正、负离子模式下对服用吗啡、可卡因和苯丙胺后的大鼠的脑切片进行成像，观察脂质体谱的变化，结果表明，在负离子模式下获得的结果良好，磷脂酰丝氨酸和硫酸脂在给药后的表达易上调，还发现磷脂乙醇胺和磷脂酰甘油也受药物的影响。

在药物毒理学研究中，MSI 技术已被用于检测和绘制非法药物及其代谢产物的指纹图谱[53]，这表明MSI 在此类麻醉研究中的通用性和相容性。例如，在大鼠腹腔注射海洛因（10 mg/kg），使用MALDI-MSI和LC-MS/MS 定量研究其代谢物6-单乙酰吗啡（6-monoacetylmorphine，6-MAM）在大脑的空间分布和定位[54]，结果表明，6-MAM 在血浆和脑组织的达峰时间分别为5 min（2.8 μg/mL）和15 min（1.1 μg/mL），对大脑的MSI 分析显示，6-MAM 在丘脑-下丘脑和中脑皮质系统（包括皮层、尾状核和腹侧苍白球区域）的浓度很高，该研究提升了对海洛因主要代谢物6-MAM 在大脑中随时间分布的整体认识，证实了毒品可以穿过血脑屏障进入大脑，可以用于麻醉药物的快速筛选和在大脑中的分布。此外，为评估毒（药）物在中枢神经系统中的药理活性和药动学特性，VILLACREZ 等[55]应用MALDI-MSI 评估蝗虫和斑马鱼脑组织中的药物分布和代谢，蝗虫的脑组织切片中发现氯氮平比代谢物去甲氯氮平更快速穿过血脑屏障，两者在大脑中均有分布，其另一种代谢物氯氮平-N-氧化物由于极性大不易穿过血脑屏障，在大脑中几乎检测不到；将斑马鱼幼仔暴露于可卡因水溶液中，可卡因在幼仔眼睛中积聚，不能预测斑马鱼幼仔脑组织中的药物浓度，因此使用成年斑马鱼脑组织分析药物及其代谢物的分布，将成年斑马鱼置于氯氮平溶液中，发现氯氮平主要分布在脑室、血管系统、灰质区和视顶盖，没有发现去甲氯氮平的分布，结果表明，使用蝗虫和斑马鱼的脑组织可以清晰区分药物及其代谢物的暴露量，在药物代谢研究初期，建立这些动物模型毒（药）的MSI分布图，伦理健全且成本低。

3.2.2.3 MSI 在肾及肝组织分析中的应用

大鼠给药顺铂（5 mg/kg）后，用MALDI-MSI 分析大鼠的肾组织切片中脂质的分布，采用DHB 和9-氨基吖啶（9-aminoacridine，9-AA）2 种基质分别用于正、负离子模式下脂质成像，顺铂诱导的肾毒性导致脂质分布发生变化，从450 张提取离子图像中获得66 种不同的肾组织脂质，这些脂质种类反映了肾受损状态，其信号或结构变化揭示了相关脂质信号、功能及近端小管细胞死亡的分子机制[56]。LAMONT等[57]采用DESI-三重四极杆（triple quadrupole，QqQ）-MSI 对犬的肝组织中药物及其代谢物选择性成像，避免同量异位素的干扰利用多反应监测（multiple reac⁃tion monitoring，MRM）模式不仅可以用于确认药物和代谢物的存在和选择性检测，而且可以通过监测每个化合物的多重MRM 跃迁进行空间确认，因此，MRM模式在MSI 领域具有很重要的作用。

3.2.2.4 MSI 在其他组织中的应用

阿片类药物常通过可植入装置持续鞘膜内给药镇痛，通常认为较高的阿片类药物浓度和每日剂量是鞘膜内肉芽肿形成的危险因素。在组织病理学检验中，肉芽肿除了预期的炎症成分，似乎含有沉淀的非极化晶体，使用MALDI-FTICR-MSI 对甲醛固定石蜡包埋的鞘膜内组织病变切片进行成像，鉴定为沉淀吗啡晶体，组织切片中吗啡的分布与肉芽肿性炎症区域一致[58]。HANDLER 等[59]通过MALDI-MSI观察月桂醇对颊黏膜传递地西泮和可待因的渗透修饰作用，对猪颊黏膜垂直冰冻切片进行分析，研究药物、月桂醇胺和内源性脂质在上皮和结缔组织中的局部分布情况，结果表明，在没有月桂醇的情况下，地西泮通过结缔组织呈稳定的浓度梯度分布，说明药物为被动扩散，而使用月桂醇的预处理从根本上改变了地西泮通过颊黏膜的渗透，仅限于月桂醇本身存在的区域，特别是在外层上皮细胞层和结缔组织；相反，可待因的渗透在类似的实验中不受月桂醇胺的影响。附表1总结了MSI 技术分析毒（药）物及其代谢物在生物检材中的应用[6，25，42-44，46-47，49，54-72]。

MSI 技术正迅速成为用于组织切片或整体动物体内生物样品分子成像的一种不可或缺的工具。该技术不需要任何标记或对照剂就可以对未知的分子进行空间定位。目前，MSI 技术广泛应用于生物医学研究领域，但在法医毒理学中的研究还比较少。因其在毛发、脂类、代谢组学等研究中具有独特的优势，使得MSI 技术在法医毒理学领域具有广阔的应用前景。

随着科学技术的不断进步，为适应法医毒物学领域的快速发展，MSI 技术仍有待改进和发展。例如，进一步提高MSI 仪器的空间分辨率和质量分辨率；扩大MSI 中质量分析范围，提高检测灵敏度，实现同时定性和定量分析大、小分子；开发数据处理软件，自动对质谱图像进行分析，避免繁琐的数据处理和人工分析造成的误差；开发活体MSI 技术，可实时观察毒物生物体内的分布和代谢过程等。