质谱流式技术——蛋白水平的单细胞技术

沉默

摘要：
　　在蛋白质水平，流式一直是最为常用的单细胞分析手段。但是由于串色等问题的困扰，流式通常只能进行6～10种蛋白的同时检测。质谱流式技术的出现给研究者带来了惊喜。利用分辨力超强的质谱技术以及独特的金属标记抗体，CyTOF2质谱流式细胞仪在检测通道数量和信号质量两方面都有了质的提升。

       单细胞技术在近年来的发展迅速，随着单细胞测序、单细胞转录组等技术的不断发展，人类从DNA、RNA的水平深入了解了细胞群体异质性。在蛋白质水平，流式一直是最为常用的单细胞分析手段。但是由于串色等问题的困扰，流式通常只能进行6～10种蛋白的同时检测。

       质谱流式技术的出现给研究者带来了惊喜。利用分辨力超强的质谱技术以及独特的金属标记抗体，CyTOF2质谱流式细胞仪在检测通道数量和信号质量两方面都有了质的提升。

图1. 相对于传统流式（左），质谱流式信号（右）具有更多的通道和更好的信号分辨力      

相比传统流式，质谱流式具有以下优势：

第一、通道数量增加到上百个   
        质谱流式细胞仪中的ICP质谱装置具有非常宽的原子量检测范围（88～210Da），因此可以同时检测上百个不同的参数。
第二、通道间无干扰，无需计算补偿
        ICP质谱具有超高的分辨能力，可以完全区分开用来标记的各种元素（如右图所示）。这样不仅使实验流程得到简化，也节约了标本和试剂。  
第三、采用独特的金属标签抗体，背景极低
        采用新概念的金属标签抗体，金属离子通过多聚螯和物共价的结合在抗体的不变区。由于细胞本身不含这些作为标签的金属元素，所以没有传统流式的“自发荧光”，信号背景极低。

应用实例：Discover more, Imagine more.

       庞大的检测通道数量，赋予质谱流式技术前所未有的数据获取能力，它可以使研究者从有限的样品中得到更多的科学信息。
（一）对骨髓细胞的分析
        斯坦福大学Nolan实验室，利用31通道的检测对骨髓样品进行分析。整个细胞群体被分为分成约30个亚群，并对各群细胞中的18个信号通路分子进行分析。

图2. To read cells' minds——质谱流式可以对骨髓细胞进行的细致分类和信号通路分析

（二）T细胞成熟过程分析
        更重要的，结合生物信息学对质谱流式数据进行数据挖掘，可以使我们了解到更多生命过程的细节以及细胞群体的异质性。例如，通过对T细胞25个表面、功能标志物的表达数据进行处理，可以直接分析出T细胞从原始的Naive T细胞到效应T细胞的整个成熟过程。

图3. 质谱流式对T细胞成熟过程的分析

（三）药物筛选
        另外，由于标签种类丰富，该技术还可以广泛的应用到各种筛选实验中，例如抗原决定簇的筛选、药物筛选等。也正是由于其强大的数据获取能力，它甚至可以成为单细胞蛋白质组学研究的得力工具。

图4. Nature子刊封面文章，通过高通量的流式分析进行药物筛选

       未来，随着对生命过程的研究的不断深入，我们需要了解越来越多的单细胞信息，质谱流式细胞技术正是顺应了这一潮流，在国际上多次获奖。2011年《Nature Methods》将其评为“最受关注的单细胞技术”；同年，该技术被美国《科学家》杂志评为年度10大科学创新；该技术的专利拥有者——DVS Science公司刚刚被加拿大LSO组织授予2014年度最佳生命科学公司的称号。

                                                                                        编辑：范伟伟