CN113917062A - 一种多维MXene纳米材料的代谢组学分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纳米材料制备及代谢组学分析领域，特别是涉及一种多维MXene纳米材料的代谢组学分析方法。本发明提供的代谢组学分析方法包括以下步骤：(1)对生物样品进行DESI‑MSI扫描，得到水溶性代谢物和脂溶性代谢物的DESI‑MSI检测结果；生物样品采集自给予了多维MXene纳米材料的动物模型；其中，DESI‑MSI检测条件包括：正模式下，电压为5～6kV；负模式下，电压为‑4.5～‑5kV；空间分辨率为50～80μm；溶剂喷雾组成为含有0.1～0.5％v/v甲酸的90～95％v/v甲醇水溶液；(2)对所述DESI‑MSI检测结果进行空间代谢组学分析。此外，本发明的代谢组学分析方法还可以包括对多维MXene纳米材料共培养的细胞进行的非靶向代谢组学检测与分析。本发明为评估多维MXene纳米材料合成技术与生物响应特性评价提供了依据，应用前景广阔。

Description

一种多维MXene纳米材料的代谢组学分析方法
技术领域
本发明涉及代谢组学分析领域，特别是涉及一种多维MXene纳米材料的代谢组学分析方法。
背景技术
Ti3C2(MXene)纳米材料具有优良的理化特性和生化活性。特别是多维MXene纳米材料，包括零维(量子点状)，二维(平面状或片状)MXene材料，因其具有高导电性、易于表面改性、良好的机械性能等特点而成为各个研究领域富有潜力的新星。近年来，最近，多维MXene在多个生物医学领域如仿生学，器官再生，生物成像，抗菌和光热治疗的应用日渐增多。而为了在生物医疗领域更好地对多维MXene进行应用，通常需要根据多维MXene的应用场景针对性地研究“生物体-MXene”相互作用体系的内在干预过程和分子机理。其中需要研究的问题包括不同生物体系(组织细胞不同)和不同条件下(比如温度、纳米材料的用量)下，MXene对代谢通路的影响。针对该问题，代谢组学分析技术是一种非常好的选择。
代谢组学作为一种具有典型特征和显著优势的现代检测和分析技术，其内在相关原理和实际应用目前已引起了研究者们的巨大的关注。该技术在揭示体内代谢过程与生命行为等领域显示出了显著优势，同时基于现代代谢组学的进一步技术创新和发展的研究也已经持续了多年且成果丰硕。目前代谢组学已成功实现了对数千种代谢物小分子(<1500Da)结构和含量的检测分析，揭示了它们与生物体的固有联系。
由于代谢组学所具有的表型的生物相容性、高通量分析过程、低廉的检测成本和信息丰富的分析结果等优势，其已被广泛用于微生物，细胞，植物，哺乳动物和环境等各类生命体系，考察生命体内的代谢变化规律。同时，代谢组学在毒理学评价，新药物开发，临床诊断，疾病治疗，食品安全和环境化学等研究领域也取得了许多前沿而有意义的结果。
近期基于代谢组学的相关研究主要集中于技术改进和新型研究领域的开发，这对代谢物检测种类与灵敏度的发展提出了更高的要求。为了实现这一目标，将现代分析技术与化学计量学统计软件相结合的新型代谢组学研究平台成功实现了代谢物的有效检测以及后续数据的整合处理，并根据所得结果总结了内源性和异源性代谢过程。在现有的检测手段中，液相色谱-质谱(LC-MS/MS)和解吸电喷雾电离-离子化质谱成像(DESI-MSI)技术成为了代谢组学研究的强大工具，二者兼具高灵敏度，样品处理简单，覆盖范围广，时间短等优点，在不同生物模型上实现了数千种代谢物的同时检测并被广泛利用。目前基于LC-MS/MS，DESI-MSI和数据统计软件的组学分析平台已被广泛用于联用代谢组学研究。
然而，针对多维MXene纳米材料的代谢组学分析方法，仍然还存在很多问题。其主要原因是人们对多维MXene纳米材料与生物体的相互作用认识还很少，其相互作用体系的内在干预过程和分子机理仍然不清楚的情况下，无法根据待检测的目标代谢物确定代谢组学分析方法中生物样品的处理条件、提取条件及检测条件。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种多维MXene纳米材料的代谢组学分析方法。其目的在于：提供优选的生物样品的处理条件、提取条件及检测条件，使其适用于多维MXene纳米材料与生物体相互作用体系的代谢组学研究。为后续多维MXene纳米材料的合成条件优化、结构改进、改性与临床应用研究提供新的研究方法。
一种多维MXene纳米材料的代谢组学分析方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对生物样品进行DESI-MSI扫描，得到水溶性代谢物和脂溶性代谢物的DESI-MSI检测结果；所述生物样品采集自给予了多维MXene纳米材料的动物模型；
其中，DESI-MSI检测条件包括：正模式下，电压为5～6kV；负模式下，电压为-4.5～-5kV；空间分辨率为50～80μm；溶剂喷雾组成为含有0.1～0.5％v/v甲酸的90～95％v/v甲醇水溶液；
(2)对所述DESI-MSI检测结果进行空间代谢组学分析。
优选的，步骤(1)中，所述多维MXene纳米材料是量子点状MXene纳米材料、片状MXene纳米材料或平面状MXene纳米材料中的至少一种；
和/或，所述生物样品为所述动物模型的组织或器官的冷冻切片，所述动物模型的动物选自大鼠或小鼠；将所述多维MXene纳米材料给予动物模型的方式为尾静脉注射；所述冰冻切片的制作时间是：所述动物模型被给予多维MXene纳米材料后至少作用48小时。
优选的，步骤(1)中，DESI-MSI检测条件包括：质荷比范围为50～1000；和/或，所述生物样品为肝组织的冰冻切片，所述空间分辨率为50-80μm；和/或，所述生物样品为肾组织或肺组织的冰冻切片，所述空间分辨率为80-100μm；和/或，溶剂流速为2-5μl/min；和/或，鞘气为N2，压力为0.5-0.8Mbar；和/或，所述冰冻切片表面与质谱进样口的距离为2-5mm，喷雾角度为60-65°，喷雾口与所述冰冻切片表面的距离为5-8mm。
优选的，步骤(2)包括如下步骤：
(2.1)将所述DESI-MSI检测结果采用HDI软件进行分析，经过峰面积积分算法，得到处理后的水溶性和脂溶性代谢物DESI-MSI谱图；
(2.2)根据人类代谢组数据库，采用R语言算法对处理后的水溶性和脂溶性代谢物DESI-MSI谱图进行代谢物鉴定，得到空间代谢组学结果，筛选出特征代谢物。
优选的，所述分析方法还包括多维MXene纳米材料与细胞共培养体系的代谢组学分析，具体包括以下步骤：
(A)“多维MXene纳米材料-生物样品”共培养：将多维MXene纳米材料与生物样品共培养；
(B)代谢物提取与检测：对步骤(A)共培养后的生物样品进行代谢物提取，分别提取得到水溶性代谢物和/或脂溶性代谢物；
(C)进行液相色谱-质谱检测：分别将步骤(B)所得水溶性代谢物和/或脂溶性代谢物进行液相色谱-质谱检测，得到水溶性代谢物LC-MS/MS谱图和/或脂溶性代谢物LC-MS/MS谱图；
其中，进行水溶性代谢物检测时的色谱条件为：流动相由A相和B相组成，A相为5-10％v/v乙腈水溶液，B相为90-95％v/v乙腈水溶液，色谱柱填料为酰胺基亚乙基桥杂化颗粒；
进行脂溶性代谢物检测时的色谱条件为：流动相由A相和B相组成，其中，A相为60-65％v/v乙腈水溶液，B相为90-95％v/v异丙醇的乙腈溶液，色谱柱填料为C18硅胶颗粒。
优选的，步骤(A)中，所述生物样品为人血管内皮细胞、肝细胞或者肾细胞，和/或，所述共培养的时间大于等于12小时。
优选的，步骤(B)中，所述水溶性代谢物的提取方法为：用磷酸缓冲液清洗步骤(A)共培养后的生物样品，加入胰蛋白酶消化，得到细胞悬浮液，用甲醇分离，取上清液，干燥，即得；
和/或，所述脂溶性代谢物的提取方法为：用磷酸缓冲液清洗所述生物样品，加入胰蛋白酶消化，得到细胞悬浮液，用甲醇和甲基叔丁基醚分离，取上清液，浓缩，即得。
优选的，步骤(B)中，所述水溶性代谢物的提取方法为：用磷酸缓冲液清洗所述生物样品，加入胰蛋白酶消化，得到细胞悬浮液，加入体积分数80-85％的甲醇水溶液，超声处理20～30min，涡旋震荡20～30min，10000～13000rpm离心5～10min，离心温度为3～4℃，取上清液，干燥，即得；
和/或，所述非靶向脂溶性代谢物的提取方法为：用磷酸缓冲液清洗所述生物样品，加入胰蛋白酶消化，得到细胞悬浮液，加入甲醇，涡旋震荡5～10min，依次加入甲基叔丁基醚和水，10000～13000rpm离心5～10min，离心温度为3～4℃，取上清液，浓缩，即得；
和/或，步骤(C)中，进行水溶性代谢物检测时的色谱条件还包括：所述A相中还包含5-8mM乙酸铵和0.1-0.5wt.％乙酸，所述B相中还包含5-8mM乙酸铵和0.1-0.5wt.％乙酸；和/或，流动相流速为300-400μl/min；和/或，色谱柱温度为35-38℃；和/或，进样量为2-5μl；和/或，洗脱方式为A相和B相的体积比1:1-1:2等度洗脱；
和/或，进行脂溶性代谢物检测时的色谱条件还包括：所述A相中还包含10-15mM甲酸铵和0.1-0.5％甲酸，所述B相中还包含10mM甲酸铵和0.1-0.5％甲酸；和/或，流动相流速为200-260μl/min；和/或，色谱柱温度为45-48℃；和/或，进样量为2-5μl；和/或，洗脱方式为A相和B相的体积比1:1-1:2等度洗脱。
优选的，步骤(C)中，进行水溶性代谢物检测时的质谱条件为：扫描方式为正、负离子同时扫描，毛细管温度为350-380℃，鞘气流速为32-35单位，辅助气流速为5-10单位，喷雾电压为3.5-4kV；
和/或，进行脂溶性代谢物检测时的质谱条件为：扫描方式为正、负离子同时扫描，毛细管温度为320-350℃，鞘气流速为45-50单位，辅助气流速为8-10单位，喷雾电压为3.5-4kV。
优选的，步骤(C)得到的水溶性代谢物LC-MS/MS谱图和/或脂溶性代谢物LC-MS/MS谱图用于代谢途径的分析，所述代谢途径的分析包括如下步骤：
(D1)基于R语言算法对液相色谱-质谱检测得到的结果进行代谢物分析与鉴定得到统计结果；
(D2)对统计结果归一化后，执行主成分分析、偏最小二乘判别分析或正交偏最小二乘判别分析对代谢物进行分组；
(D3)通过R语言MetaboAnalyst进行代谢途径分析，以鉴别代表性的代谢途径。
本发明中，所述“多维MXene纳米材料”是指具有多维结构的Ti3C2纳米材料。多维结构可以是零维(量子点状)、一维(纳米线状)、二维(平面状或片状)和三维(颗粒状)结构。
本发明中，未特别说明的情况下，混合溶液或混合气体的浓度均为体积浓度，比例均为体积比例。
本发明的技术方案具有如下有益效果：
1、本发明通过优选的DESI-MSI检测条件，实现了多维MXene纳米材料和生物体作用产生的代谢物的提取和准确的DESI-MSI检测，首次实现了多维MXene纳米材料和生物体作用的空间代谢组学的分析。
2、在优选方案中，本发明实现了非靶向与空间代谢组学联用分析方法，在实现代谢物的组学测试的同时，有效对比评价了多维MXene纳米材料对于细胞或者小鼠代谢组学的影响规律，从而能够获得更加全面的信息。
3、在优选方案中，本发明构造了一个可靠的评价体系，使细胞在培养皿内处于“多维MXene纳米材料浴”的氛围中，或者在小鼠体内形成“多维MXene纳米材料循环”的氛围中，二者能够充分接触，保证了相互作用的充分进行。避免了异常代谢与样品采集不均等副作用的发生，排除了测试过程的干扰因素。
4、本发明的多维MXene纳米材料生物响应特性的非靶向与空间代谢组学联用分析方法还具有操作方便，成本经济实惠，材料环保，对环境友好，设计简洁的优点。
5、采用本发明提供的非靶向与空间代谢组学联用分析方法，通过考察多维MXene纳米材料与细胞或小鼠间的相互作用，对细胞或小鼠代谢物的检测与分析，考察多维MXene纳米材料作用下的细胞或小鼠代谢物种类含量与代谢路径，揭示了多维MXene纳米材料对于细胞或小鼠代谢组学的影响原理，为评估多维MXene纳米材料的生物特性提供了依据，应用前景广阔。
显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图；
图2为本发明实施例1中的多维MXene纳米材料的表征图。(a)二维MXene纳米片的透射电镜和溶液照片，(b)零维MXene量子点的透射电镜和溶液照片，(c)二维MXene纳米片的高倍透射电镜和选区电子衍射图，(d)零维MXene量子点的高倍透射电镜和选区电子衍射图。
图3为本发明实施例1中二维MXene纳米片诱导HUVECs产生的差异代谢路径。
图4为本发明实施例1中零维MXene量子点诱导HUVECs产生的差异代谢路径。
图5为本发明实施例1中多维MXene纳米材料诱导小鼠肝、肾和肺产生的差异代谢物的DESI-MSI图。
具体实施方式
本发明所用原料与设备均为已知产品，通过购买市售产品所得。
实施例1多维MXene纳米材料生物响应特性的非靶向与空间代谢组学联用分析方法
多维MXene纳米材料：纳米材料为二维MXene纳米片和零维MXene量子点，均购买于南京先丰纳米材料科技有限公司。
细胞培养基包含10％胎牛血清和1wt.％青霉素-链霉素溶液的DMEM(DulbeccoModified Eagle Medium)培养基。
多维MXene纳米材料生物响应特性的非靶向与空间代谢组学联用分析方法具体步骤如下：
1、“多维MXene-小鼠”模型构建：
将200mg/L多维MXene通过尾静脉注射至小鼠体内以建立多维MXene-小鼠相互作用模型。
2、“多维MXene-细胞”模型构建
将接种有HUVEC细胞的培养皿在5％CO2的气氛中，于37℃的培养箱中培养。每两天更换一次培养基，以维持细胞的活力。
待细胞生长到指数增长期，用磷酸缓冲液清洗HUVEC细胞，然后加入1ml胰蛋白酶，得到细胞悬浮液。取2ml细胞悬浮液(细胞浓度为1×105个/mL)分散，并接种到6孔板的各个孔中。然后，将多维MXene纳米材料(二维MXene纳米片或零维MXene量子点)分别加入孔板，混合均匀，使孔板中多维MXene纳米材料的浓度为200mg/L，重复五个孔。将加样后的培养皿在培养箱中共培养48h。
3、非靶向代谢物检测与分析：
将步骤2共培养后48h后的细胞用磷酸缓冲液清洗，然后加入1ml胰蛋白酶，得到细胞悬浮液以进行后续操作。
(1)提取非靶向水溶性代谢物：取1/2体积的细胞悬浮液，加入1ml预冷的80％甲醇水溶液淬灭30min。此后，将该细胞悬浮液在冰浴中超声处理30min并涡旋震荡5min，然后离心(13000rpm)处理5min后，将上清液转移至新试管中，并真空干燥3小时，得到非靶向水溶性代谢物，保存备用。
(2)非靶向水溶性代谢物的检测：取非靶向水溶性代谢物，加水复溶，离心除去沉淀，取上清液装瓶，送入LC-MS/MS进行检测，得到非靶向水溶性代谢物的LC-MS/MS谱图原始数据。其中，LC设置条件为：流动相流速为300μl/min，流动相组成为(A)5％乙腈水溶液(包括5mM乙酸铵和0.1％乙酸)和(B)95％乙腈水溶液(包含5mM乙酸铵和0.1％乙酸)，相关洗脱梯度如表1所示。色谱柱(2.1mm×100mm，1.7μm)温度设置为35℃。进样量为5μl。MS设置条件为：MS由加热电喷雾电离源(H-ESI)和Orbitrap质量分析仪组成，扫描方式为正、负离子同时扫描，毛细管温度为350℃，鞘气流速为35单位，辅助气流速为10单位，喷雾电压为3.5kV。
表1 非靶向水溶性代谢物样品色谱分析中的洗脱梯度
Figure BDA0003322220320000071
(3)提取非靶向脂溶性代谢物：取剩余1/2体积的细胞悬浮液，通过离心除去上清液，然后加入300μl甲醇，涡旋震荡5min后，将体系与1ml甲基叔丁基醚混合并轻轻摇动。随后，加入250μl H2O，并缓慢摇动1h。然后离心(13000rpm)处理5min后，将上清液转移至新试管中，并用氮气流处理30min进行浓缩，得到非靶向脂溶性代谢物，保存备用。
(4)非靶向脂溶性代谢物检测：取脂溶性代谢物，加甲醇和二氯甲烷复溶，进入LC-MS/MS进行检测，得到脂溶性代谢物的LC-MS/MS谱图原始数据。其中，LC设置条件为：流动相流速为260μl/min，流动相组成为(A)60％乙腈水溶液(含有10mM甲酸铵和0.1％甲酸)和(B)90％异丙醇的乙腈溶液(包括10mM甲酸铵和0.1％甲酸)，相关洗脱梯度如表2所示。C30色谱柱(2.1mm×150mm，2.6μm)温度设置为45℃。进样量为2μl。MS设置条件为：MS由加热电喷雾电离源(H-ESI)和Orbitrap质量分析仪组成，扫描方式为正、负离子同时扫描，毛细管温度为320℃，鞘气流速为45单位，辅助气流速为8单位，喷雾电压为3.5kV。
表2 非靶向脂质样品色谱分析中的洗脱梯度
Figure BDA0003322220320000081
(5)生物信息学统计分析：将非靶向水溶性代谢物的LC-MS/MS谱图原始数据导入到Progenesis QI软件中，将非靶向脂溶性代谢物的LC-MS/MS谱图原始数据导入到MS-DIAL软件中，原始数据经过基线校正，去噪，平滑，时间窗分割和多元曲线解析算法，进行信息提取，得到多维MXene处理后的LC-MS/MS谱图的特征峰的保留时间和强度。接下来，基于人类代谢组数据库(HMDB)，采用R语言算法对处理后的LC-MS/MS谱图进行代谢物鉴定，得到统计结果。通过KNN算法与LOESS信号校正进行进一步缺失值归因处理。然后，执行主成分分析(PCA)，偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)，将各代谢物进行比较，考察Ni-TiO2/RGO对细胞代谢组学的影响特性。最后，通过R语言MetaboAnalyst实现代谢途径分析，以鉴定多维MXene干预下细胞的代表性代谢途径。
4、空间代谢组学检测与分析
通过体内尾静脉注射多维MXene以建立多维MXene-小鼠相互作用模型。取小鼠的肝、肾和肺组织用磷酸缓冲液清洗后放入液氮中保存，对小鼠的肝、肾和肺部分进行冰冻切片(厚度：8μm)并固定在玻璃显微镜载玻片上，并保持在-80℃的温度。然后，通过使用DESI-MSI扫描肝、肾和肺的冷冻切片的分子图像。将与MS(Synapt G2-Si,Waters,USA)联用的DESI(2D,Prosolia,USA)源应用于肝、肾和肺成像。
DESI-MSI以正向和负两种模式进行。在正模式下，电压为5kV，m/z范围为50到1000。对于肝样品，空间分辨率为50μm，对于肾和肺样品，空间分辨率为80μm。溶剂配比为95％CH3OH/5％H2O和0.1％甲酸)，流速设置为2μl/min。在负模式下，电压为-4.5kV，m/z范围为50到1000。对于肝样品，空间分辨率为50μm，对于肾和肺样品，空间分辨率为80μm。溶剂配比为95％CH3OH/5％H2O和0.1％甲酸)，流速设置为2μl/min。鞘气为N2，压力为0.5Mbar。肝、肾和肺组织的冰冻切片被固定于水平的移动台上，并以带电的液滴喷雾在竖直方向上逐一扫描。切片表面与质谱进样口的距离为2mm，喷雾角度为60°，喷雾口与切片表面的距离为5mm。
此后，将DESI-MSI检测结果，导入HDI软件，经过峰面积积分算法，得到处理后的水溶性和脂溶性代谢物DESI-MSI谱图，然后根据人类代谢组数据库，采用R语言算法对处理后的水溶性和脂溶性代谢物DESI-MSI谱图进行代谢物鉴定，得到空间代谢组学结果并筛选出特征代谢物。同时将小鼠的肝脏在10％福尔马林缓冲液中固定48小时后脱水并插入石蜡中，然后切成4μm的厚度。用苏木精和曙红(H&E)或油红O(用于肺切片)对肝，肾和肺切片染色，并在GS3-U3-51S5M-C显微镜(Point Grey,Canada)下观察组织光学成像。
结果显示，多维MXene纳米材料与HUVEC细胞共培养，MXene的空间维度(二维或者零维)对细胞的靶向代谢产物和代谢途径有一定影响，该影响与MXene的空间维度密切相关，具体分析实验结果如图2-4所示：
由图3可知，本发明实施例中，二维MXene纳米片干预HUVEC细胞所涉及的差异代谢途径主要包含酪氨酸代谢，硫代谢，鞘脂代谢，丙酸代谢，单糖和二糖代谢，脂肪酸生物合成，氰基氨基酸代谢，三羧酸循环，丙氨酸，天冬氨酸和谷氨酸代谢。差异代谢路径相对较少。
由图4可知，本发明实施例中，零维MXene纳米片干预HUVEC细胞所涉及的差异代谢途径主要包含嘌呤代谢，磷酸戊糖途径，戊糖、葡萄糖醛酸转换，氮代谢，糖酵解或糖异生，甘油磷脂代谢，甘油酯代谢，谷胱甘肽代谢，半乳糖代谢，谷氨酰胺和谷氨酸代谢，半光氨酸和甲硫氨酸代谢，三羧酸循环，生物素代谢，胺酰tRNA生物合成，丙氨酸，天冬氨酸和谷氨酸代谢。差异代谢路径相对较多。
通过上述实施例可见，本发明提供了一种多维MXene纳米材料生物制备及非靶向与空间代谢组学联用分析方法。相对于传统的化学制备或者分析技术，本发明中生物制备技术和非靶向与空间代谢组学联用技术能够分别从制备与分析两个角度全面考察多维MXene纳米材料的生化活性，兼顾了全面性与特殊性。本发明的分析方法操作方便，成本经济实惠，材料环保，对环境友好，设计简洁，适用于实验室研究及户外测试，便于实时进行。本发明为评估多维MXene纳米材料合成技术与生物响应特性评价提供了依据，应用前景广阔。

Claims (10)

1.一种多维MXene纳米材料的代谢组学分析方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)对生物样品进行DESI-MSI扫描，得到水溶性代谢物和脂溶性代谢物的DESI-MSI检测结果；所述生物样品采集自给予了多维MXene纳米材料的动物模型；
其中，DESI-MSI检测条件包括：正模式下，电压为5～6kV；负模式下，电压为-4.5～-5kV；空间分辨率为50～80μm；溶剂喷雾组成为含有0.1～0.5％v/v甲酸的90～95％v/v甲醇水溶液；
(2)对所述DESI-MSI检测结果进行空间代谢组学分析。
2.按照权利要求1所述的分析方法，其特征在于：步骤(1)中，所述多维MXene纳米材料是量子点状MXene纳米材料、片状MXene纳米材料或平面状MXene纳米材料中的至少一种；
和/或，所述生物样品为所述动物模型的组织或器官的冷冻切片，所述动物模型的动物选自大鼠或小鼠；将所述多维MXene纳米材料给予动物模型的方式为尾静脉注射；所述冰冻切片的制作时间是：所述动物模型被给予多维MXene纳米材料后至少作用48小时。
3.按照权利要求1所述的分析方法，其特征在于：步骤(1)中，DESI-MSI检测条件包括：质荷比范围为50～1000；和/或，所述生物样品为肝组织的冰冻切片，所述空间分辨率为50-80μm；和/或，所述生物样品为肾组织或肺组织的冰冻切片，所述空间分辨率为80-100μm；和/或，溶剂流速为2-5μl/min；和/或，鞘气为N2，压力为0.5-0.8Mbar；和/或，所述冰冻切片表面与质谱进样口的距离为2-5mm，喷雾角度为60-65°，喷雾口与所述冰冻切片表面的距离为5-8mm。
4.按照权利要求1所述的分析方法，其特征在于：步骤(2)包括如下步骤：
(2.1)将所述DESI-MSI检测结果采用HDI软件进行分析，经过峰面积积分算法，得到处理后的水溶性和脂溶性代谢物DESI-MSI谱图；
(2.2)根据人类代谢组数据库，采用R语言算法对处理后的水溶性和脂溶性代谢物DESI-MSI谱图进行代谢物鉴定，得到空间代谢组学结果，筛选出特征代谢物。
5.按照权利要求1所述的分析方法，其特征在于：所述分析方法还包括多维MXene纳米材料与细胞共培养体系的代谢组学分析，具体包括以下步骤：
(A)“多维MXene纳米材料-生物样品”共培养：将多维MXene纳米材料与生物样品共培养；
(B)代谢物提取与检测：对步骤(A)共培养后的生物样品进行代谢物提取，分别提取得到水溶性代谢物和/或脂溶性代谢物；
(C)进行液相色谱-质谱检测：分别将步骤(B)所得水溶性代谢物和/或脂溶性代谢物进行液相色谱-质谱检测，得到水溶性代谢物LC-MS/MS谱图和/或脂溶性代谢物LC-MS/MS谱图；
其中，进行水溶性代谢物检测时的色谱条件为：流动相由A相和B相组成，A相为5-10％v/v乙腈水溶液，B相为90-95％v/v乙腈水溶液，色谱柱填料为酰胺基亚乙基桥杂化颗粒；
进行脂溶性代谢物检测时的色谱条件为：流动相由A相和B相组成，其中，A相为60-65％v/v乙腈水溶液，B相为90-95％v/v异丙醇的乙腈溶液，色谱柱填料为C18硅胶颗粒。
6.按照权利要求5所述的分析方法，其特征在于：步骤(A)中，所述生物样品为人血管内皮细胞、肝细胞或者肾细胞，和/或，所述共培养的时间大于等于12小时。
7.按照权利要求5所述的分析方法，其特征在于：步骤(B)中，所述水溶性代谢物的提取方法为：用磷酸缓冲液清洗步骤(A)共培养后的生物样品，加入胰蛋白酶消化，得到细胞悬浮液，用甲醇分离，取上清液，干燥，即得；
和/或，所述脂溶性代谢物的提取方法为：用磷酸缓冲液清洗所述生物样品，加入胰蛋白酶消化，得到细胞悬浮液，用甲醇和甲基叔丁基醚分离，取上清液，浓缩，即得。
8.按照权利要求7所述的分析方法，其特征在于：步骤(B)中，所述水溶性代谢物的提取方法为：用磷酸缓冲液清洗所述生物样品，加入胰蛋白酶消化，得到细胞悬浮液，加入体积分数80-85％的甲醇水溶液，超声处理20～30min，涡旋震荡20～30min，10000～13000rpm离心5～10min，离心温度为3～4℃，取上清液，干燥，即得；
和/或，所述非靶向脂溶性代谢物的提取方法为：用磷酸缓冲液清洗所述生物样品，加入胰蛋白酶消化，得到细胞悬浮液，加入甲醇，涡旋震荡5～10min，依次加入甲基叔丁基醚和水，10000～13000rpm离心5～10min，离心温度为3～4℃，取上清液，浓缩，即得；
和/或，步骤(C)中，进行水溶性代谢物检测时的色谱条件还包括：所述A相中还包含5-8mM乙酸铵和0.1-0.5wt.％乙酸，所述B相中还包含5-8mM乙酸铵和0.1-0.5wt.％乙酸；和/或，流动相流速为300-400μl/min；和/或，色谱柱温度为35-38℃；和/或，进样量为2-5μl；和/或，洗脱方式为A相和B相的体积比1:1-1:2等度洗脱；
和/或，进行脂溶性代谢物检测时的色谱条件还包括：所述A相中还包含10-15mM甲酸铵和0.1-0.5％甲酸，所述B相中还包含10mM甲酸铵和0.1-0.5％甲酸；和/或，流动相流速为200-260μl/min；和/或，色谱柱温度为45-48℃；和/或，进样量为2-5μl；和/或，洗脱方式为A相和B相的体积比1:1-1:2等度洗脱。
9.按照权利要求5所述的分析方法，其特征在于：步骤(C)中，进行水溶性代谢物检测时的质谱条件为：扫描方式为正、负离子同时扫描，毛细管温度为350-380℃，鞘气流速为32-35单位，辅助气流速为5-10单位，喷雾电压为3.5-4kV；
和/或，进行脂溶性代谢物检测时的质谱条件为：扫描方式为正、负离子同时扫描，毛细管温度为320-350℃，鞘气流速为45-50单位，辅助气流速为8-10单位，喷雾电压为3.5-4kV。
10.按照权利要求5所述的分析方法，其特征在于：步骤(C)得到的水溶性代谢物LC-MS/MS谱图和/或脂溶性代谢物LC-MS/MS谱图用于代谢途径的分析，所述代谢途径的分析包括如下步骤：
(D1)基于R语言算法对液相色谱-质谱检测得到的结果进行代谢物分析与鉴定得到统计结果；
(D2)对统计结果归一化后，执行主成分分析、偏最小二乘判别分析或正交偏最小二乘判别分析对代谢物进行分组；
(D3)通过R语言MetaboAnalyst进行代谢途径分析，以鉴别代表性的代谢途径。
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