質(zhì)譜流式技術(shù)——蛋白水平的單細(xì)胞技術(shù)

摘要：

　　在蛋白質(zhì)水平，流式一直是最為常用的單細(xì)胞分析手段。但是由于串色等問(wèn)題的困擾，流式通常只能進(jìn)行6～10種蛋白的同時(shí)檢測(cè)。質(zhì)譜流式技術(shù)的出現(xiàn)給研究者帶來(lái)了驚喜。利用分辨力超強(qiáng)的質(zhì)譜技術(shù)以及獨(dú)特的金屬標(biāo)記抗體，CyTOF2質(zhì)譜流式細(xì)胞儀在檢測(cè)通道數(shù)量和信號(hào)質(zhì)量?jī)煞矫娑加辛速|(zhì)的提升。

單細(xì)胞技術(shù)在近年來(lái)的發(fā)展迅速，隨著單細(xì)胞測(cè)序、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組等技術(shù)的不斷發(fā)展，人類(lèi)從DNA、RNA的水平深入了解了細(xì)胞群體異質(zhì)性。在蛋白質(zhì)水平，流式一直是最為常用的單細(xì)胞分析手段。但是由于串色等問(wèn)題的困擾，流式通常只能進(jìn)行6～10種蛋白的同時(shí)檢測(cè)。

質(zhì)譜流式技術(shù)的出現(xiàn)給研究者帶來(lái)了驚喜。利用分辨力超強(qiáng)的質(zhì)譜技術(shù)以及獨(dú)特的金屬標(biāo)記抗體，CyTOF2質(zhì)譜流式細(xì)胞儀在檢測(cè)通道數(shù)量和信號(hào)質(zhì)量?jī)煞矫娑加辛速|(zhì)的提升。

圖1. 相對(duì)于傳統(tǒng)流式（左），質(zhì)譜流式信號(hào)（右）具有更多的通道和更好的信號(hào)分辨力

相比傳統(tǒng)流式，質(zhì)譜流式具有以下優(yōu)勢(shì)：

第一、通道數(shù)量增加到上百個(gè)   
質(zhì)譜流式細(xì)胞儀中的ICP質(zhì)譜裝置具有非常寬的原子量檢測(cè)范圍（88～210Da），因此可以同時(shí)檢測(cè)上百個(gè)不同的參數(shù)。

第二、通道間無(wú)干擾，無(wú)需計(jì)算補(bǔ)償
ICP質(zhì)譜具有超高的分辨能力，可以完全區(qū)分開(kāi)用來(lái)標(biāo)記的各種元素（如右圖所示）。這樣不僅使實(shí)驗(yàn)流程得到簡(jiǎn)化，也節(jié)約了標(biāo)本和試劑。

第三、采用獨(dú)特的金屬標(biāo)簽抗體，背景極低
采用新概念的金屬標(biāo)簽抗體，金屬離子通過(guò)多聚螯和物共價(jià)的結(jié)合在抗體的不變區(qū)。由于細(xì)胞本身不含這些作為標(biāo)簽的金屬元素，所以沒(méi)有傳統(tǒng)流式的“自發(fā)熒光”，信號(hào)背景極低。

應(yīng)用實(shí)例：Discover more, Imagine more.

龐大的檢測(cè)通道數(shù)量，賦予質(zhì)譜流式技術(shù)前所未有的數(shù)據(jù)獲取能力，它可以使研究者從有限的樣品中得到更多的科學(xué)信息。

（一）對(duì)骨髓細(xì)胞的分析
斯坦福大學(xué)Nolan實(shí)驗(yàn)室，利用31通道的檢測(cè)對(duì)骨髓樣品進(jìn)行分析。整個(gè)細(xì)胞群體被分為分成約30個(gè)亞群，并對(duì)各群細(xì)胞中的18個(gè)信號(hào)通路分子進(jìn)行分析。

圖2. To read cells' minds——質(zhì)譜流式可以對(duì)骨髓細(xì)胞進(jìn)行的細(xì)致分類(lèi)和信號(hào)通路分析

（2）T細(xì)胞成熟過(guò)程分析
更重要的，結(jié)合生物信息學(xué)對(duì)質(zhì)譜流式數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，可以使我們了解到更多生命過(guò)程的細(xì)節(jié)以及細(xì)胞群體的異質(zhì)性。例如，通過(guò)對(duì)T細(xì)胞25個(gè)表面、功能標(biāo)志物的表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以直接分析出T細(xì)胞從原始的Naive T細(xì)胞到效應(yīng)T細(xì)胞的整個(gè)成熟過(guò)程。

圖3. 質(zhì)譜流式對(duì)T細(xì)胞成熟過(guò)程的分析

（3）藥物篩選
另外，由于標(biāo)簽種類(lèi)豐富，該技術(shù)還可以廣泛的應(yīng)用到各種篩選實(shí)驗(yàn)中，例如抗原決定簇的篩選、藥物篩選等。也正是由于其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)獲取能力，它甚至可以成為單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)研究的得力工具。

圖4. Nature子刊封面文章，通過(guò)高通量的流式分析進(jìn)行藥物篩選