...多維度有機質譜流式細胞儀實現單細胞中蛋白質和代謝物同時分析

儀器信息網訊 近日，北京大學白玉副教授團隊在常壓質譜免疫分析平臺工作的基礎上，設計並拓展質譜探針，利用基於狄恩流的微流控晶片實現單細胞排列，結合納升電噴霧-高分辨質譜（nanoESI-HRMS），搭建了多維度有機質譜流式細胞分析平臺。

多維度有機質譜流式分析平臺

該平臺能夠高通量地對單細胞水平的蛋白質和代謝物等多維度信息進行同時獲取。相關成果2020年10月21日在 Angewandte Chemie International Edition 在線發表（Multi-Dimensional Organic Mass Cytometry: Simultaneous Analysis of Proteins and Metabolites on Single Cells，Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202009682）。(點擊連結了解論文詳情)

單細胞中內容物體積少、含量低、種類多、分析窗口有限，使得高靈敏、高信息覆蓋度、快速、高通量的單細胞分析面臨重大挑戰。通過單次測量實現多維度、多參數的單細胞定量信息獲取，對於細胞分型、鑑定以及單細胞水平的疾病相關分子機制研究具有重要意義。單細胞測序技術方興未艾，但針對單細胞中蛋白質和代謝物的分析技術仍非常有限，尤其是大量蛋白質和代謝物的同時分析尚未見報導。螢光流式細胞術可對單細胞中多種蛋白質進行分析，然而光譜帶寬重疊問題限制了其同時測定的通道數。以CyTOF為代表的質譜流式細胞儀可實現單細胞中40餘種蛋白質的同時定量分析，但其依賴於ICP-MS儀器，且ICP-MS無法提供細胞內源物質結構信息，極大地限制了方法的檢測對象；有機質譜的結構鑑定能力強、質量解析度高，可實現單細胞中小分子代謝物的分析。基於有機質譜建立流式細胞分析新方法，從而獲取單細胞中蛋白組、代謝組等多組學信息，在單細胞異質性相關研究具有不可替代的分析優勢。

該工作中設計併合成了一系列基於羅丹明質量標籤的質譜探針，對單細胞表面的CA125、CEA、EpCAM、CD24、CD44和CD133等重要的蛋白標誌物進行標記；標記的細胞利用基於迪恩流的微晶片實現單細胞排列，並利用nanoESI-HRMS實現單細胞檢測。離子化過程中可實現質量標籤的高效解離和細胞內容物的有效釋放，從而確保了單細胞中蛋白質和代謝物信息的同時獲取。該質譜流式分析平臺成功實現了單細胞水平6種目標蛋白質及84種代謝物的同時檢測，證實了蛋白質和代謝物在細胞個體間的顯著差異性。

A2780細胞質譜流式分析結果

基於該多維度有機質譜流式細胞分析平臺所獲取的信息，工作首次同時利用蛋白質及代謝物信息作為細胞分型依據，在5種腫瘤細胞的PCA分析中獲得了更好的鑑定和分型結果。在利用Ward’s法得到的聚類結果中，相比於利用單一的蛋白質或代謝物信息，使用蛋白質和代謝物的綜合信息能夠獲得更高的分型靈敏度和特異性。單細胞分析方法在幹細胞研究、細胞耐藥性研究以及癌症治療等方面具有重要意義，該流式平臺還成功實現了腫瘤細胞耐藥異質性分析，其結果有望為分子水平的耐藥性細胞研究或癌症幹細胞研究提供分析依據。

細胞分型和腫瘤耐藥差異性結果圖

該論文第一作者為15級博士研究生徐姝婷。工作得到國家自然科學基金委和科技部國家重點研發計劃和北京市自然科學基金重點項目的資助。

研究學者：

北京大學副教授 白玉

研究領域與研究興趣：

　　1.超靈敏質譜分析新方法研究；

　　2.單細胞質譜分析；

　　3.新型納米分離介質在複雜體系分離分析中的應用；

　　4.常壓敞開式質譜離子化技術及其儀器研發；

　　5.疾病相關的代謝組學研究。

點擊了解白玉課題組網頁：https://www.chem.pku.edu.cn/PAAL/

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