單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)服務(wù)原理主要基于高靈敏度的蛋白質(zhì)分析技術(shù)，旨在研究單個(gè)細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)組成和功能。這種技術(shù)能夠揭示細(xì)胞間的差異性和多樣性，為理解細(xì)胞的生理、病理過程提供深入的信息。服務(wù)流程通常包括單細(xì)胞樣品的采集與制備、蛋白質(zhì)的提取與消化、以及后續(xù)的質(zhì)譜分析等關(guān)鍵步驟。通過這些步驟，可以精確地鑒定和定量單個(gè)細(xì)胞中的蛋白質(zhì)，從而揭示蛋白質(zhì)在不同細(xì)胞類型或狀態(tài)下的表達(dá)模式和功能。
應(yīng)用范圍
單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用范圍非常廣泛，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
細(xì)胞類型鑒定和分類：通過分析單個(gè)細(xì)胞的蛋白質(zhì)表達(dá)模式，可以準(zhǔn)確識(shí)別和分類不同的細(xì)胞類型，揭示細(xì)胞間的多樣性和差異性。
疾病研究：在疾病研究中，單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)可以揭示疾病發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制。例如，在癌癥研究中，它可以揭示癌細(xì)胞的異質(zhì)性和細(xì)胞亞群的存在;在免疫系統(tǒng)疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究中，它也能提供深入的蛋白質(zhì)組學(xué)信息，有助于發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn)。
步驟
單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)的主要步驟包括：
單細(xì)胞樣品制備：這是單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)的第一步，也是關(guān)鍵步驟之一。常用的方法包括微操作、流式細(xì)胞分選和單細(xì)胞捕獲技術(shù)等，以確保獲取純凈的單細(xì)胞樣品。
蛋白質(zhì)提取和消化：從單個(gè)細(xì)胞中提取蛋白質(zhì)，并通過蛋白酶將其消化成肽段，以便進(jìn)行后續(xù)的質(zhì)譜分析。
質(zhì)譜分析：利用質(zhì)譜儀對消化后的肽段進(jìn)行定性和定量分析，從而得到單個(gè)細(xì)胞的蛋白質(zhì)組信息。
分析方法
在單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)中，主要的分析方法包括：
定性分析：通過質(zhì)譜數(shù)據(jù)鑒定蛋白質(zhì)的種類和序列信息。
定量分析：利用質(zhì)譜信號(hào)的強(qiáng)度等信息，對蛋白質(zhì)進(jìn)行定量分析，比較不同細(xì)胞或不同狀態(tài)下的蛋白質(zhì)表達(dá)差異。
生物信息學(xué)分析：對獲取的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘和分析，包括蛋白質(zhì)功能注釋、代謝通路分析、蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等，以揭示蛋白質(zhì)在細(xì)胞中的功能和調(diào)控機(jī)制。
單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)服務(wù)通過高精度的蛋白質(zhì)分析技術(shù)，為我們提供了深入研究單個(gè)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)組成和功能的強(qiáng)大工具。它在細(xì)胞類型鑒定、疾病研究等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，有望為未來的生物醫(yī)學(xué)研究帶來革命性的突破。
單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)服務(wù)內(nèi)蛋白質(zhì)種類繁多，豐度低，動(dòng)態(tài)分布范圍寬且無法擴(kuò)增，因此對檢測手段提出了更高的靈敏度要求。在眾多高靈敏分析方法中，熒光檢測方法的靈敏度可以達(dá)到單分子水平，并且具有動(dòng)態(tài)跟蹤能力，但是其蛋白質(zhì)檢測通量有限。然而電化學(xué)檢測方法雖然細(xì)胞干擾小，但受限于蛋白質(zhì)通量以及電化學(xué)活性的要求，無法對多種蛋白質(zhì)進(jìn)行同時(shí)檢測。質(zhì)譜作為研究蛋白質(zhì)組學(xué)的一種常規(guī)方法，其靈敏度高，通過已有的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫，可以同時(shí)對上萬種蛋白質(zhì)進(jìn)行定性以及定量，并且可以提供豐富的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息。但是由于單個(gè)體細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)總量平均只有約100pg，利用質(zhì)譜直接進(jìn)行檢測會(huì)面臨樣本復(fù)雜度和單細(xì)胞靈敏度等挑戰(zhàn)，因此質(zhì)譜前的分離技術(shù)對于提高方法檢測靈敏度以及蛋白質(zhì)定性定量的準(zhǔn)確度來說十分必要。
將蛋白組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析整合到單一的多組學(xué)方法中提供了在單個(gè)細(xì)胞中檢測RNA表達(dá)和蛋白質(zhì)豐度的動(dòng)力學(xué)可能性，這反過來可能產(chǎn)生對復(fù)雜調(diào)控過程的機(jī)制性見解，例如表觀基因組、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后基因監(jiān)管。此外，同步的mRNA和蛋白質(zhì)分析可用于確定mRNA和蛋白質(zhì)水平在活躍的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控期間相關(guān)性較差的細(xì)胞狀態(tài)。
單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)服務(wù)工作流程
單細(xì)胞流程當(dāng)然也是從樣本處理開始。對樣本進(jìn)行處理，使細(xì)胞分開和懸浮，然后通過熒光活化細(xì)胞分選（FACS）進(jìn)行分離。單個(gè)細(xì)胞被分配到微量滴定板的各個(gè)孔中或芯片型分析系統(tǒng)上，在那里進(jìn)行裂解。干擾質(zhì)譜分析的裂解劑需要除去，但由于純化會(huì)導(dǎo)致樣本損失，因此研究人員盡量避免使用。
FACS是細(xì)胞分選的shou選方法，但也存在缺點(diǎn)。損失率高（有時(shí)非常高），需要訓(xùn)練有素的操作人員，而且購買和操作成本都很高。
當(dāng)然，損失并不僅僅發(fā)生在細(xì)胞分選階段。“粘稠的蛋白質(zhì)很難通過液相色譜（LC）分離，因此這個(gè)步驟也會(huì)造成損失。這將會(huì)進(jìn)一步造成靈敏度問題或分析偏倚。有時(shí)，您只是無法從單個(gè)細(xì)胞的蛋白質(zhì)中產(chǎn)生足夠的離子。”
為了解決這些靈敏度問題，一些操作方案將未標(biāo)記的載體蛋白添加到混合物中，以緩解小樣本量帶來的損失。雖然這些方法有點(diǎn)用，但仍需要質(zhì)譜技術(shù)的進(jìn)步，特別是在電離效率方面的進(jìn)步，才能處理小的樣本量和體積。
“如果沒有自動(dòng)化液體處理系統(tǒng)，這些工作流程將無法實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)化系統(tǒng)帶來了準(zhǔn)確的納升級流體操作，以及一致性和穩(wěn)定性。”
早期對單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)的嘗試使用了基質(zhì)輔助激光解吸電離（MALDI），這是一種軟電離技術(shù)，可以保留不穩(wěn)定的分子特征，并最大限度減少樣本損失和樣本制備步驟。
基于MALDI的方法是在上世紀(jì)90年代使用的。人們采用MALDI作為離子源，并用飛行時(shí)間（TOF）作為質(zhì)量分析器，從而提供一種功能性的單細(xì)胞分析。不過，這些技術(shù)存在三個(gè)主要缺點(diǎn)：MALDI不能在時(shí)域內(nèi)分離肽段，無法對大量蛋白質(zhì)進(jìn)行測序，而且MALDI電離的可變性會(huì)影響定量的準(zhǔn)確性。
另一種電離蛋白質(zhì)的方法，電噴霧電離（ESI），則更容易實(shí)現(xiàn)測序，因?yàn)樗苋菀着c各種分離方法（如毛細(xì)管電泳）相結(jié)合。然而，ESI需要大量的樣本制備，這可能導(dǎo)致?lián)p失，讓人們無法接受。
直接的分析蛋白質(zhì)水平和RNA表達(dá)的方法是使用單個(gè)細(xì)胞的索引FAC同時(shí)測量同一細(xì)胞中的少量蛋白質(zhì)和相應(yīng)轉(zhuǎn)錄物的水平。另一種方法依賴于鄰近延伸分析（PEA）與RNA分析并行進(jìn)行蛋白檢測。
鄰近連接分析（PLA）依賴于兩個(gè)抗體結(jié)合的寡核苷酸在同一蛋白質(zhì)靶點(diǎn)上的連接而不是雜交。這種方法被用來研究蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的亞細(xì)胞定位，例如RNA的PLA在mass-cytometry工作流程中實(shí)現(xiàn)，以便能夠同時(shí)定量單個(gè)原代人類外周血單個(gè)核細(xì)胞中的10個(gè)轉(zhuǎn)錄物和相應(yīng)蛋白質(zhì)。
通過測序、RNA表達(dá)以及蛋白測序分析對轉(zhuǎn)錄組和表位進(jìn)行細(xì)胞索引的兩種方法利用與DNA條形碼結(jié)合的抗體，以便能夠在單細(xì)胞水平上同時(shí)分析細(xì)胞表面蛋白質(zhì)和mRNAs。CyTOF與單細(xì)胞RNA測序相結(jié)合可以追蹤樹突狀細(xì)胞（DC）譜系的發(fā)育。
可以想象，將單細(xì)胞蛋白組學(xué)方法與多組學(xué)工具相結(jié)合，可以促進(jìn)我們對細(xì)胞過程的理解，特別是對癌癥抵抗機(jī)制和治療反應(yīng)多樣性的理解。
實(shí)現(xiàn)單個(gè)細(xì)胞蛋白質(zhì)組成的定性定量分析，揭示細(xì)胞個(gè)體之間的精細(xì)差異
二代測序技術(shù)的持續(xù)發(fā)展使對單細(xì)胞基因組和轉(zhuǎn)錄組的研究突飛猛進(jìn)，科學(xué)家們對細(xì)胞認(rèn)識(shí)的分辨率大大提高，然而單細(xì)胞的基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對描述細(xì)胞在生物體復(fù)雜環(huán)境中的表型和功能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，而蛋白質(zhì)作為細(xì)胞內(nèi)所有功能的直接執(zhí)行者，細(xì)胞通過蛋白質(zhì)及其翻譯后修飾，可以感知并響應(yīng)幾乎所有外在和內(nèi)在的刺激，從而影響整個(gè)生命體的功能和狀態(tài)。
因此，對單細(xì)胞蛋白質(zhì)組的定性和定量分析，是揭示細(xì)胞類型及其狀態(tài)的工具，在腫瘤異質(zhì)性、干細(xì)胞分化、生殖細(xì)胞發(fā)育、循環(huán)腫瘤細(xì)胞等重要領(lǐng)域有著的應(yīng)用價(jià)值。
單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)的目的就是為了實(shí)現(xiàn)對單個(gè)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)組成的定性和定量分析，從而獲得不同細(xì)胞個(gè)體蛋白組的定性和定量差異，構(gòu)建精細(xì)蛋白分子圖譜，從根本上揭示不同細(xì)胞個(gè)體之間的類型及其狀態(tài)的差異，使科研工作者可以更好地了解細(xì)胞及其表型和生命活動(dòng)。
