2026年7月18日，广东医科大学附属湛江中心医院的冯伟研究员、张超研究员、庞丽娟教授与军事医学研究院脑科学中心袁增强教授等多名国内科研人员联合撰写的论文“Mapping Brain Spatial Metabolic Atlas Reveals AnesthesiaInduced RegionSpecific Alterations”正式刊发于《Neuroscience Bulletin》，该研究依托 AFADESI-MSI 空间质谱成像、长期透明颅骨窗活体多模态成像两套核心技术，系统构建清醒、异氟烷吸入麻醉、阿维丁腹腔注射麻醉三种状态下小鼠全脑空间代谢图谱，完整解析麻醉带来的脑区特异性代谢重编程规律，明确脂质、氨基酸、能量、神经递质通路在两种麻醉下的差异化改变；同时同步监测皮层微血管血流、血氧、脑电与心率动态，探究了脑代谢变化与神经血管调控的耦合关联，并搭建可公开检索的小鼠脑空间代谢在线数据库 MBSMA。文章从空间代谢层面区分两类麻醉调控意识的 “自下而上”“自上而下”作用模式，证实丘脑、中脑、下丘脑是麻醉干预意识的核心靶区，既填补麻醉状态小鼠分脑空间代谢数据集空白，也为动物神经实验标准化、临床围手术期脑保护及新型低损伤麻醉药物开发提供分子理论依据。

1.1 实验动物与分组设计

选用 8 周龄雄性 C57BL/6 小鼠，设置三组平行实验：清醒对照组、异氟烷吸入麻醉组、Avertin 腹腔注射麻醉组。区分两套检测体系设置样本规模，离体空间代谢组检测每组小鼠 3 只，活体血管成像、脑电、心电动态监测每组小鼠 5 至 6 只，全部动物操作通过机构伦理审批，严格遵循国内动物实验规范与国际 ARRIVE 实验准则。

1.2 离体空间代谢组检测体系

实验流程分为五步：制备 10μm 小鼠脑部矢状切片，采用 AFADESI-MSI 正负离子模式扫描切片，原位获取代谢物空间分布图像，结合 H&E 染色切片与 Allen 小鼠脑图谱划分 11 个代表性脑区；利用 LC-MS/MS 破碎脑组织完成全局代谢物定性定量，整合多套国际代谢标准数据库与实验室自建数据库完成交叉注释，校正 MSI 检测结果；建立多层级代谢物注释策略，融合两套质谱数据、既往脑空间代谢文献筛选可靠代谢物；对注释完成的代谢物开展化学分类统计；统计 11 个脑区代谢物分布数量，完成 KEGG 通路富集分析，直观呈现小鼠大脑基础代谢整体特征。

1.3 多维度生物信息统计分析

基于质谱检测数据开展多层级统计分析，PCA 降维聚类、脑区间代谢相关性热图、脑区代谢关联网络、差异代谢物火山图、差异代谢物分层热图五类结果；依靠 PCA 区分不同脑区、不同麻醉处理组别代谢表型；依靠 OPLS-DA 筛选组间存在显著差异的代谢物，火山图直观展示各脑区代谢物上调、下调规律；基于代谢物丰度构建脑区间关联网络，线条粗细代表脑区间代谢关联强度，同色块代表代谢高度关联的脑区模块。采用环形分层图，按照两种麻醉对比分组、代谢物调控方向、所属代谢通路分类统计差异代谢物，直观展示各类通路差异分子在 11 个脑区中的分布占比。

1.4 活体脑血管生理监测体系

搭建 LCCW 长期透明颅骨窗技术，无需开颅手术即可实现小鼠大脑皮层长期活体观测，配套双模态光学成像与生理信号采集设备。激光散斑成像定量检测皮层动静脉血流速度，高光谱成像实时测定血管血氧饱和度；Medusa 采集系统同步记录 EEG 脑电图表征神经元整体电活动强度、ECG 心电图记录心率变化；完整记录小鼠清醒基线、麻醉维持、停药苏醒全周期生理指标动态，设置统一图像采集时间间隔，量化动、静脉血管指标变化差异。

1.5 在线数据库搭建方案

整合质谱成像图、代谢物定量数据、通路富集统计结果搭建 MBSMA 在线数据库。平台设置浏览、检索、多组对比、原始数据下载四大核心模块，覆盖清醒、吸入麻醉、注射麻醉三类实验样本，可在线完成代谢物丰度查询、脑空间分布可视化、差异代谢物统计、通路富集分析。

2.2 麻醉诱导脑区间代谢网络发生特异性重塑

总结两种麻醉对脑代谢整体格局的改变规律：PCA 结果证明脑区是决定代谢表型的核心因素，麻醉处理会进一步改变同一脑区内部代谢特征，前脑代谢聚类相近，脑干自成独立代谢模块，丘脑作为过渡区域连接两大模块；脑区间相关性热图显示清醒状态下前脑内部代谢关联更强，麻醉会整体改变全脑代谢关联强度；脑区间代谢网络存在显著组间差异，清醒小鼠丘脑、中脑可形成独立代谢模块，麻醉后二者与其余脑区融合，证实丘脑、中脑是麻醉调控意识的核心靶点；两种麻醉下下丘脑分属不同代谢聚类模块，分别对应麻醉致意识消失的 “自下而上、自上而下” 调控机制；火山图与分层热图证明两种麻醉诱导的差异代谢物数量、调控趋势存在明显区分，注射麻醉差异分子总量更多，吸入麻醉差异分子以上调为主，脂质是两类麻醉最核心的差异代谢物。

2.3 差异代谢物所属通路分层解析

环形分层图完整展示不同分组、不同调控方向差异代谢物的通路分布特征，得出以下结论：两种麻醉共同发生改变的差异代谢物主要富集于氨基酸代谢、神经系统相关通路；注射麻醉特异性上调的差异代谢物大量集中于氨基酸代谢通路，吸入麻醉特异性下调分子同样以氨基酸代谢物为主；两类麻醉同步上调的共有差异代谢物关联内分泌、神经通路，同步下调的共有分子集中于氨基酸代谢；存在大量调控方向完全相反的共有代谢物，该类分子在注射麻醉上调、吸入麻醉下调的数量远高于反向调控分子，证明两类麻醉对同一通路分子存在拮抗作用，各类代谢通路在 11 个脑区中的富集占比均存在明显区域差异。

2.4 麻醉调控能量代谢与神经活性小分子

整合代谢物丰度热图、代谢物脑内空间成像、分脑区定量统计图，解析麻醉对能量、觉醒相关小分子的调控规律：两类麻醉均会抑制大脑 TCA 循环产能过程，全脑葡萄糖基础含量显著下降，吸入麻醉对葡萄糖水平的抑制效果更强，注射麻醉会显著降低 TCA 循环关键中间产物丰度；所有麻醉处理均提升促清醒分子多巴胺、促睡眠抑制分子腺苷的脑内整体丰度，清醒特征标志物尿苷、调控觉醒的前列腺素 PGE2 在麻醉后显著下降，吸入麻醉下调幅度更突出；吸入麻醉会大幅降低孕酮、维 A 酸等具备神经保护功能的激素类脂质水平，注射麻醉对该类分子的抑制作用相对温和。

2.5 两种麻醉对脑血管、全身生理指标的差异化调控

完整呈现活体成像、脑电、心率全周期动态监测结果，总结两类麻醉生理调控差异：异氟烷吸入麻醉给药后皮层血管血流快速升高，动脉血氧饱和度同步上升，停药后血管指标、脑电、心率可快速恢复至清醒基线，整体可逆性、可控性更强；Avertin 注射麻醉给药后皮层血流缓慢上升，全程血氧持续维持高位，停药后血管功能、神经电活动、心率恢复周期显著延长，生理抑制作用持续更久；综合各项指标可推论，麻醉后脑葡萄糖含量下降并非脑血管供血不足导致，麻醉升高的腺苷分子具备血管扩张功能，脑血流量实际呈上升趋势，脑代谢抑制由药物直接作用于脑细胞代谢通路引发。

2.6 开源小鼠脑空间代谢数据库搭建

展示 MBSMA 数据库整体架构与核心功能，数据库整合全部实验产出数据并免费开放访问：数据库覆盖清醒、吸入麻醉、注射麻醉三类样本，整合 11 个脑区全部注释代谢物的空间成像、定量统计、通路富集结果；平台具备浏览、检索、多组对比、原始数据下载四大核心功能；支持在线完成代谢物丰度可视化、脑空间分布绘图、差异代谢物统计、通路富集分析，为后续神经代谢、麻醉机制研究提供标准化参考数据集。

3.1 多模态技术联用体系创新

首次将离体 AFADESI-MSI 空间质谱成像与活体 LCCW 透明颅骨窗双模态光学成像结合，同步获取脑内代谢分子静态空间图谱与皮层血管血流、血氧实时动态变化，搭建 “分子代谢 - 神经血管生理” 一体化观测体系，突破单一离体检测或活体成像的研究局限，实现微观分子变化与宏观脑部生理功能直接关联。

3.2 完整对照式空间代谢数据集创新

构建领域内首套同时包含清醒、吸入麻醉、注射麻醉三组对照、11 个细分脑区的小鼠全脑空间代谢图谱，完成大规模代谢物注释，系统对比两种实验室主流麻醉带来的脑分区代谢差异；弥补既往研究仅单一麻醉处理、无空间分辨、脑区划分粗糙的数据短板，数据集对照维度与完整度优于同类研究。

3.3 麻醉意识调控机制解析创新

依托脑区间代谢关联网络的空间差异，从代谢组层面区分两种麻醉调控意识的不同分子通路，明确丘脑、下丘脑、中脑皮层下核团是麻醉改变大脑意识状态的核心靶点；依靠代谢网络聚类差异直接佐证吸入、注射麻醉分别对应 “自下而上、自上而下” 两类致意识消失机制，为麻醉意识基础研究提供全新空间代谢证据。

3.4 领域公共科研资源创新

自主搭建免费开源在线可视化数据库 MBSMA，整合全部原始质谱成像、定量统计、通路分析数据，解决领域缺少标准化麻醉小鼠脑空间代谢公共参考数据的痛点；数据库可长期复用，大幅降低同行研究者的数据获取、预处理门槛，显著提升研究成果的长期学术影响力。