單細(xì)胞蛋白組學(xué)是指通過質(zhì)譜技術(shù)對單個細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)組進(jìn)行全面、精準(zhǔn)的分析，以便揭示細(xì)胞在不同生理和病理狀態(tài)下的蛋白質(zhì)表達(dá)情況。在生物體內(nèi)，細(xì)胞的功能并非一成不變，而是受多種因素調(diào)控。即使是同一組織中的不同細(xì)胞，其蛋白質(zhì)表達(dá)模式也可能大相徑庭，這種細(xì)胞間的異質(zhì)性是許多生物學(xué)現(xiàn)象的根源。單細(xì)胞蛋白組學(xué)的最大優(yōu)勢就在于能夠進(jìn)行細(xì)胞類型特異性差異表達(dá)分析,揭示細(xì)胞間的異質(zhì)性，從而在更精細(xì)的水平上研究細(xì)胞行為和功能，幫助我們更清晰地理解細(xì)胞在特定生理、病理或治療狀態(tài)下的動態(tài)變化。通過對單個細(xì)胞的蛋白質(zhì)組成進(jìn)行精準(zhǔn)分析，研究人員不僅能夠深入探討細(xì)胞內(nèi)各種信號通路、蛋白質(zhì)相互作用及代謝途徑，還能在單細(xì)胞水平上揭示疾病的發(fā)生機制。例如，腫瘤細(xì)胞內(nèi)外的蛋白質(zhì)異質(zhì)性可能會影響腫瘤的侵襲性、轉(zhuǎn)移性及對治療的反應(yīng)，單細(xì)胞蛋白組學(xué)因此成為研究癌癥個性化治療的重要工具。作為生物質(zhì)譜優(yōu)質(zhì)服務(wù)商，百泰派克生物科技致力于為科研人員提供專業(yè)的單細(xì)胞蛋白組學(xué)一站式服務(wù)，幫助客戶通過高效的質(zhì)譜技術(shù)揭示單個細(xì)胞內(nèi)的復(fù)雜蛋白質(zhì)信息。
圖1
一、為什么要做單細(xì)胞研究？
1、單細(xì)胞研究能揭示腫瘤微環(huán)境中不同細(xì)胞亞群的作用機制，幫助深入理解癌癥發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移和免疫逃逸，提供潛在的創(chuàng)新治療靶點。
腫瘤由多種細(xì)胞類型組成,包括癌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、免疫細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞,每種細(xì)胞類型又由多個不同的細(xì)胞群組成。它們之間的密切相互作用通常會誘導(dǎo)腫瘤微環(huán)境中的細(xì)胞轉(zhuǎn)化以支持腫瘤生長。成纖維細(xì)胞被重新訓(xùn)練,為癌細(xì)胞的生長提供物理和生化支持,血管的生長提供營養(yǎng)和氧氣,而原本可以消滅癌細(xì)胞免疫細(xì)胞,卻經(jīng)常被癌細(xì)胞轉(zhuǎn)化,以促進(jìn)癌細(xì)胞的生長。因為細(xì)胞的高度異質(zhì)性,想探究特異性細(xì)胞亞群對癌癥的發(fā)生發(fā)展、轉(zhuǎn)移、免疫逃逸起到的作用或者探究亞群的基因或蛋白找癌癥質(zhì)量創(chuàng)新靶點的,都需要對單細(xì)胞進(jìn)行研究。
圖2. Cancer Discov (2021) 11 (4): 933-959.
2、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)計劃已邁入單細(xì)胞時代
圖3
3、對比傳統(tǒng)組學(xué)技術(shù)，單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)優(yōu)勢明顯
圖4
4、單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)能體現(xiàn)更豐富精準(zhǔn)的細(xì)胞特征描述
圖5
二、單細(xì)胞蛋白組學(xué)流程-CellenOne
圖6
1、CellenOne技術(shù)原理
通過自動的機械臂移位，將吸取了細(xì)胞懸浮液的噴樣針置于高速攝像頭前方。噴樣針內(nèi)置壓電裝置，可控擠壓并產(chǎn)生液滴。通過對噴樣針的噴射區(qū)拍照，含有一個細(xì)胞且細(xì)胞直徑、圓度、熒光強度符合設(shè)定的參數(shù)時，液滴落進(jìn)孔板中，含多個細(xì)胞的液滴和不含細(xì)胞的空液滴則回收到高速攝像頭前方的回收管中，可用于再次分配。
2、優(yōu)點
（1）分選溫和：采用壓電聲學(xué)分配技術(shù)，具有更低的剪切應(yīng)力和損耗率，及更高的細(xì)胞存活率，適用于大部分細(xì)胞類型；
（2）光學(xué)監(jiān)控：采用高級視覺處理技術(shù)，通過軟件集成的可視反饋自動判斷后續(xù)分選操作；
（3）高單胞率：確保僅單個細(xì)胞進(jìn)入后續(xù)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)真正的單細(xì)胞分離，單細(xì)胞分離率達(dá)98%；
（4）低損失率：含多個細(xì)胞的液滴將回收用于再次分配；
（5）全流程自動化：通過機械臂結(jié)合納升級試劑分配系統(tǒng)，實現(xiàn)從細(xì)胞懸液到單細(xì)胞制備體系全流程集成自動化，確保結(jié)果高重現(xiàn)性。
圖7
三、單細(xì)胞蛋白組分析示例
圖8
四、單細(xì)胞蛋白組相關(guān)文獻(xiàn)及應(yīng)用場景
涉及的應(yīng)用場景特點是有限的細(xì)胞異質(zhì)性(如早期胚胎發(fā)育、干細(xì)胞分化等)：
表1
文獻(xiàn)應(yīng)用案例一（細(xì)胞異質(zhì)性）
標(biāo)題：Deciphering lineage specification during early embryogenesis in mouse gastruloids using multilayered proteomics
利用多層蛋白質(zhì)組學(xué)破譯小鼠原腸胚早期胚胎發(fā)育過程中的譜系特征
1、科學(xué)問題
胚胎發(fā)育中的胚層形成涉及復(fù)雜的基因調(diào)控程序，在早期哺乳動物發(fā)育中的蛋白質(zhì)組學(xué)研究相對較少
2、樣本
利用由小鼠胚胎干細(xì)胞（mESCs）形成的類似胚狀結(jié)構(gòu)，包括SOX17-RFP+（內(nèi)胚層）、BRA-GFP+（中胚層）、MT1-BFP+（外胚層）細(xì)胞以及未分化的小鼠胚胎干細(xì)胞
3、組學(xué)
單細(xì)胞蛋白質(zhì)組、蛋白質(zhì)組、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組、CHIP-seq
4、結(jié)果
（1）定量了共560個細(xì)胞，2259種蛋白質(zhì)
（2）通過對BRA-GFP+細(xì)胞群體（363個細(xì)胞）的SCP分析，鑒定了三個不同的細(xì)胞亞群，這些亞群與神經(jīng)中胚層前體（NMPs）、體節(jié)和前體中胚層（PSM）的細(xì)胞亞型相對應(yīng)
圖9. Cell Stem Cell. S1934-5909(24)00144-9. 10 May. 2024
文獻(xiàn)應(yīng)用案例二（耐藥軌跡）
圖10
文獻(xiàn)應(yīng)用案例三（藥物響應(yīng)機制）
標(biāo)題：Single-Cell Chemical Proteomics (SCCP) Interrogates the Timing and Heterogeneity of Cancer Cell Commitment to Death
單細(xì)胞化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)（SCCP）研究癌癥細(xì)胞死亡的時間和異質(zhì)性
1、科學(xué)問題
在細(xì)胞層面探索單個腺癌A549細(xì)胞對三種抗癌藥物（甲氨蝶呤MTX、喜樹堿CPT和托莫替TDX）的響應(yīng)
2、樣本
不同時間點藥物處理的A549細(xì)胞各96個
3、組學(xué)
單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)
4、結(jié)果
（1）經(jīng)MTX處理的單細(xì)胞在不同時間點的蛋白質(zhì)表達(dá)變化，并確定了分別代表未來死亡和存活細(xì)胞亞群G1和G2（響應(yīng)異質(zhì)性）
（2）通過對比特定藥物處理與對照，在細(xì)胞層面識別藥物靶標(biāo)及監(jiān)測
圖11
圖12
圖13. Anal Chem. 2022;94(26):9261-9269.
文獻(xiàn)應(yīng)用案例四（植物方向）
標(biāo)題：Single-cell proteomics differentiates Arabidopsis rootcell types
單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)區(qū)分?jǐn)M南芥根細(xì)胞類型
1、背景
單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)（SCP）是一種新興的方法來解決細(xì)胞異質(zhì)性的復(fù)雜組織中的多細(xì)胞生物。在這里，我們用模式植物擬南芥來證明SCP在植物樣品上的可行性。
2、樣本
來自皮層和內(nèi)胚層的分離單細(xì)胞，這是來自共同干細(xì)胞譜系的兩種相鄰的根細(xì)胞類型。
3、組學(xué)
單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)
4、結(jié)果
從756個根細(xì)胞中鑒定出3763個蛋白和1118個蛋白/細(xì)胞。經(jīng)過嚴(yán)格過濾最終定量的3217個蛋白質(zhì)。其中，鑒定出596種蛋白，其表達(dá)在皮層或內(nèi)胚層中富集，并能夠區(qū)分這些密切相關(guān)的植物細(xì)胞類型。總的來說，本研究表明SCP可以解析具有不同功能的鄰近細(xì)胞類型，從而促進(jìn)生物標(biāo)志物和候選蛋白的鑒定。
圖14
圖15. New Phytol. 2024 Dec;244(5):1750-1759.
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單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)分析服務(wù)
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