胸腺上皮性腫瘤（TETs）是一種罕見但具有重要臨床意義的惡性腫瘤，由于其臨床表現(xiàn)隱匿且缺乏無(wú)創(chuàng)的風(fēng)險(xiǎn)分層工具，面臨診斷挑戰(zhàn)，導(dǎo)致系統(tǒng)性過度治療及高危亞型患者預(yù)后不良。

2026年1月30日，上海交通大學(xué)黃琳，錢昆，Wei Chen和中山大學(xué)姚向東共同通訊在PNAS在線發(fā)表題為“Fe metal–organic framework–derived heterojunction for metabolic diagnosis of thymic epithelial tumor”的研究論文。該研究開發(fā)了一種Fe3O4@Fe金屬-有機(jī)框架異質(zhì)結(jié)增強(qiáng)的激光解吸電離質(zhì)譜（LDI MS）平臺(tái)，用于高效分析血清代謝指紋（SMFs）。

該納米材料通過梯度熱解工程化制備，其兩個(gè)組分協(xié)同增強(qiáng)了紫外吸收與光熱轉(zhuǎn)換性能，并促進(jìn)了電荷分離，從而將檢測(cè)靈敏度提升了1000倍，使得僅需1 μL血清即可直接獲取SMFs。結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，該平臺(tái)展現(xiàn)出穩(wěn)健的診斷性能：在區(qū)分TETs與良性對(duì)照時(shí)，曲線下面積（AUC）達(dá)到0.960；在進(jìn)行分層風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，AUC為0.856，其性能優(yōu)于現(xiàn)有臨床流程。此項(xiàng)工作不僅推進(jìn)了LDI MS的材料設(shè)計(jì)，更為實(shí)現(xiàn)快速、大規(guī)模篩查建立了一個(gè)具有臨床轉(zhuǎn)化潛力的框架，通過代謝驅(qū)動(dòng)的分層策略彌補(bǔ)了TET診療中的關(guān)鍵不足。

胸腺上皮性腫瘤（TETs）包括胸腺瘤與胸腺癌，是前縱隔最常見的腫瘤類型，具有復(fù)雜的病理學(xué)表型特征。低風(fēng)險(xiǎn)（LR）TETs通常預(yù)后良好，其5年生存率可達(dá)78%；而高風(fēng)險(xiǎn)（HR）TETs則因易發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及遠(yuǎn)處播散，預(yù)后較差（5年生存率僅約40%）。目前臨床診療主要依賴計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）等影像學(xué)手段進(jìn)行初篩，但其特異性有限，需通過費(fèi)時(shí)費(fèi)力的多維度評(píng)估以鑒別胸腺占位性病變。此外，組織病理學(xué)活檢雖為診斷金標(biāo)準(zhǔn)，卻面臨諸多實(shí)際限制，包括患者對(duì)侵入性采樣的抗拒，以及TETs與非腫瘤性淋巴細(xì)胞之間存在的組織形態(tài)學(xué)模糊性。耗時(shí)的檢測(cè)方法與較低的特異性常導(dǎo)致低風(fēng)險(xiǎn)TETs的過度治療。盡管這些腫瘤僅局限局部生長(zhǎng)，可能僅需輔助治療，但部分患者仍接受了不必要的手術(shù)干預(yù)，這帶來(lái)了顯著的醫(yī)療負(fù)擔(dān)。

代謝物作為生物通路的終末小分子產(chǎn)物，能夠?qū)崟r(shí)反映動(dòng)態(tài)生理狀態(tài)。在TETs中，異常增殖的胸腺細(xì)胞表現(xiàn)出腫瘤固有的內(nèi)分泌活性，可破壞全身代謝穩(wěn)態(tài)，并引發(fā)如重癥肌無(wú)力等副腫瘤綜合征。這種腫瘤驅(qū)動(dòng)的代謝重編程使得代謝譜分析成為一種極具前景的工具，既能用于精準(zhǔn)診斷，亦有助于機(jī)制探索?；|(zhì)輔助激光解吸/電離質(zhì)譜（MALDI MS）已成為一種有潛力的組學(xué)平臺(tái)，具有樣品前處理簡(jiǎn)單、分析快速、高通量的優(yōu)點(diǎn)。然而，由于小分子檢測(cè)面臨挑戰(zhàn)，其應(yīng)用此前主要局限于蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域。傳統(tǒng)的有機(jī)基質(zhì)，如α-氰基-4-羥基肉桂酸（CHCA）和2,5-二羥基苯甲酸（DHB），在低分子量范圍（100至1000 Da）存在嚴(yán)重的背景干擾，這是制約代謝物分析的關(guān)鍵瓶頸。

胸腺上皮腫瘤（TETs）患者代謝診斷工作流程示意圖（圖片源自PNAS）

納米級(jí)基質(zhì)材料的最新進(jìn)展通過設(shè)計(jì)材料界面應(yīng)對(duì)了這些局限。例如，二維金屬有機(jī)框架納米片（2D MOF NSs）在激光燒蝕下不易發(fā)生自身分解，從而減少了背景干擾峰的生成。此外，MOFs中芳香酸配體的羧基可通過介導(dǎo)質(zhì)子轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步提高陽(yáng)離子加合效率。然而，原始MOFs在LDI過程中仍面臨快速電子-空穴復(fù)合及能量耗散欠佳的實(shí)際限制。當(dāng)前策略主要旨在通過外源性親金屬官能團(tuán)修飾或傳統(tǒng)熱激發(fā)方法構(gòu)建貴金屬/金屬氧化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)，以建立協(xié)同的主客體界面。但這些方法或因步驟繁瑣，或因界面耦合較弱而受限，阻礙了具有精確界面調(diào)控的穩(wěn)健異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的高效設(shè)計(jì)。一種極具前景的方法涉及對(duì)MOFs進(jìn)行可控的部分熱解，以構(gòu)建界面異質(zhì)結(jié)與缺陷，此方法可增強(qiáng)光生載流子分離，并可能顯著提升LDI性能，從而服務(wù)于精準(zhǔn)醫(yī)療應(yīng)用。

本研究開發(fā)了一種梯度熱解方案（350至500°C），用以構(gòu)建源自鐵基MOF納米片（記為Fe-MOF）的異質(zhì)結(jié)。這些異質(zhì)結(jié)構(gòu)整合了具有高光熱轉(zhuǎn)換效率的磁鐵礦納米顆粒（Fe3O4 NPs），從而提升了界面電離性能。優(yōu)化后的Fe3O4@Fe-MOF異質(zhì)結(jié)在代謝物檢測(cè)中實(shí)現(xiàn)了最高1000倍的信號(hào)放大，能夠以極低的樣本消耗量（1 μL）直接獲取血清代謝指紋（SMFs）。通過對(duì)SMF模式進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，作者構(gòu)建了一個(gè)穩(wěn)健的診斷平臺(tái)，用于區(qū)分TETs與良性對(duì)照（BC），其曲線下面積（AUC）達(dá)到0.960。進(jìn)一步地，作者鑒定出一組包含12種代謝物的組合，可用于分級(jí)風(fēng)險(xiǎn)分層，其AUC為0.856。本工作不僅推進(jìn)了面向LDI MS的先進(jìn)材料的理性設(shè)計(jì)，也為臨床代謝組學(xué)建立了一個(gè)服務(wù)于精準(zhǔn)腫瘤學(xué)的變革性平臺(tái)。

https://doi.org/10.1073/pnas.2522028123