肝脏和小肠中的代谢物分布差异

哺乳动物的组织代谢由循环营养物质驱动，肝脏和小肠共同维持全身代谢稳态。组织功能依赖其空间结构：肝脏由重复的肝小叶组成，血液从门脉流向中央静脉，形成门脉-中央轴梯度；小肠则有隐窝-绒毛结构，细胞从隐窝向绒毛顶端迁移。以往研究多从基因或蛋白表达推断代谢分区，但直接的代谢测量有限。本研究结合基质辅助激光解吸电离成像质谱（MALDI-IMS）、同位素示踪和深度学习（开发了MET-MAP方法），绘制了小鼠肝脏和小肠的空间代谢梯度。

在肝脏中，超95%的代谢物沿门脉-中央轴存在显著梯度。门脉周围区域富集三羧酸（TCA）循环中间产物（如柠檬酸）、能量应激代谢物（如AMP、IMP），表明该区域能量需求高；中央静脉周围则富集脂肪酸、UDP-糖（参与解毒和糖基化）。同位素示踪显示，谷氨酰胺和乳酸的TCA标记主要在门脉周围，与糖异生定位一致。

在小肠上皮中，约90%的代谢物沿隐窝-绒毛轴有梯度分布。隐窝富集柠檬酸，绒毛顶端富集苹果酸，这与隐窝主要通过乳酸氧化供能、顶端依赖谷氨酰胺分解代谢有关。脂肪酸不饱和度在隐窝最高，可能因细胞迁移中不饱和脂肪酸易氧化损伤。

针对饮食果糖（肥胖相关糖），研究发现小肠绒毛底部果糖代谢更快；未被小肠代谢的果糖进入肝脏后，在中央静脉周围积累果糖-1-磷酸（F1P），导致该区域ATP耗竭。这些结果揭示了肝肠代谢的空间组织规律，以及果糖对肝脏代谢的局部干扰。