隨著二代測序技術的持續發展，單細胞基因組和轉錄組研究突飛猛進，使學者們對細胞認識的分辨率大大提高。然而僅依靠單細胞的基因組和轉錄組數據，對理解細胞在人體復雜環境中的表型和功能還遠遠不夠。蛋白質作為細胞內生物功能的直接執行者，通過蛋白質及其翻譯后修飾的動態變化，可以感知并響應幾乎所有外在和內在的刺激，從而影響整個生命體的功能和狀態。因此單細胞蛋白質組受到研究者們越來越廣泛的關注，是目前及未來重點研究的熱點之一。

細胞是生命活動的基本單元，細胞的精確分型是理解細胞在生理和病理過程中功能的先決條件。傳統研究手段是針對細胞群體進行分析，獲得大量細胞的平均化結果，無法區分不同細胞個體對于樣品異質性的精確貢獻值，從而忽視或掩蓋了單細胞的個體差異。

單細胞蛋白質組能夠幫助科學家解構細胞亞群并推斷蛋白豐度關系。通過單細胞蛋白質組學分析可以區分不同腫瘤細胞的分子分型，相較于傳統的病理組織分析技術更加精細準確，對于理解疾病的發生發展具有重要的意義。另外，一些生物學樣品由于稀少，單細胞技術是唯一可以對其進行研究的技術。因此單細胞蛋白質組將會是必要的手段，對于組織亞結構研究、胚胎發育等研究具有重要的生物學意義。

HUPO國際大會（Human Proteome Organization World Congress）是全球蛋白質組領域的盛會，也是蛋白質組領域最高規格的學術大會，第17屆US HUPO年會于2021年3月8-12日在美國如期召開，受到疫情的影響，今年采用“線上會議”形式舉辦。

US HUPO會議主題為：從單細胞到系統生物學的蛋白質組學在健康和疾病中的應用（Proteomics from Single Cell to Systems Biology in Health and Disease），共設有14個主題分壇。今天追蹤報道 “單細胞蛋白質組學“最新前沿技術突破及在未來應用價值。

“單細胞蛋白質組學”主題由單細胞蛋白組學的領軍人物——美國東北大學的Nikolai Slavov教授主持，該研究者采用Minimal ProteOmic sample Preparation (mPOP)樣本處理和TMT標記方法，優化了單細胞蛋白質組（SCoPE-MS)的實驗流程，進而對單個哺乳動物細胞進行質譜分析，量化細胞分化過程中的單細胞蛋白質豐度和異質性。

會議上，西北太平洋國家實驗室環境分子科學實驗室Ryan T. Kelly教授就“single cell proteomics:unlocking the proteome one cell at a time”主題進行報告，分享了基于芯片的納升級微量液滴蛋白處理系統nanoPOTS（Nanodroplet Processing in One Pot for Trace Samples），以及最新的全自動化autoPOTS系統，可處理極少的生物樣品（少到10個細胞），且處理效率高，樣本損失最小。該平臺為小型細胞群體和臨床標本（例如用于表征組織或細胞異質性的組織切片）的許多潛在生物醫學應用提供了可能。

國內單細胞蛋白質組學分析研究領域也取得了突破性進展，浙江大學方群團隊聯合北京大學黃超蘭團隊將“微流控液滴技術與蛋白質組分析技術”相結合，發展了一種微型化的油-氣-液“三明治”芯片及相應的納升級液體操控和進樣方法，能夠在原位靜態的納升級液滴中完成多步樣品前處理操作，并且實現了將液滴樣品直接高效地注入到色譜分析柱內完成后續的液相色譜分離與質譜檢測。

參考文獻：

[1] SCoPE-MS: mass spectrometry of single mammalian cells quantifies proteome heterogeneity during cell differentiation. Genome Biol. 2018.

[2] Single-cell proteomic and transcriptomic analysis of macrophage heterogeneity using SCoPE2. Genome Biol. 2021.

[3] Nanoliter-Scale Oil-Air-Droplet Chip-Based Single Cell Proteomic Analysis. Anal Chem. 2018.