單細胞蛋白質組學服務原理主要基于高靈敏度的蛋白質分析技術，旨在研究單個細胞內(nèi)的蛋白質組成和功能。這種技術能夠揭示細胞間的差異性和多樣性，為理解細胞的生理、病理過程提供深入的信息。服務流程通常包括單細胞樣品的采集與制備、蛋白質的提取與消化、以及后續(xù)的質譜分析等關鍵步驟。通過這些步驟，可以精確地鑒定和定量單個細胞中的蛋白質，從而揭示蛋白質在不同細胞類型或狀態(tài)下的表達模式和功能。
應用范圍
單細胞蛋白質組學的應用范圍非常廣泛，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
細胞類型鑒定和分類：通過分析單個細胞的蛋白質表達模式，可以準確識別和分類不同的細胞類型，揭示細胞間的多樣性和差異性。
疾病研究：在疾病研究中，單細胞蛋白質組學可以揭示疾病發(fā)生發(fā)展的分子機制。例如，在癌癥研究中，它可以揭示癌細胞的異質性和細胞亞群的存在;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組學信息，有助于發(fā)現(xiàn)新的治療靶點。
步驟
單細胞蛋白質組學的主要步驟包括：
單細胞樣品制備：這是單細胞蛋白質組學的第一步，也是關鍵步驟之一。常用的方法包括微操作、流式細胞分選和單細胞捕獲技術等，以確保獲取純凈的單細胞樣品。
蛋白質提取和消化：從單個細胞中提取蛋白質，并通過蛋白酶將其消化成肽段，以便進行后續(xù)的質譜分析。
質譜分析：利用質譜儀對消化后的肽段進行定性和定量分析，從而得到單個細胞的蛋白質組信息。
分析方法
在單細胞蛋白質組學中，主要的分析方法包括：
定性分析：通過質譜數(shù)據(jù)鑒定蛋白質的種類和序列信息。
定量分析：利用質譜信號的強度等信息，對蛋白質進行定量分析，比較不同細胞或不同狀態(tài)下的蛋白質表達差異。
生物信息學分析：對獲取的蛋白質組數(shù)據(jù)進行深入挖掘和分析，包括蛋白質功能注釋、代謝通路分析、蛋白質相互作用網(wǎng)絡構建等，以揭示蛋白質在細胞中的功能和調控機制。
單細胞蛋白質組學服務通過高精度的蛋白質分析技術，為我們提供了深入研究單個細胞內(nèi)蛋白質組成和功能的強大工具。它在細胞類型鑒定、疾病研究等領域具有廣泛的應用前景，有望為未來的生物醫(yī)學研究帶來革命性的突破。
單細胞蛋白質組學服務內(nèi)蛋白質種類繁多，豐度低，動態(tài)分布范圍寬且無法擴增，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到單分子水平，并且具有動態(tài)跟蹤能力，但是其蛋白質檢測通量有限。然而電化學檢測方法雖然細胞干擾小，但受限于蛋白質通量以及電化學活性的要求，無法對多種蛋白質進行同時檢測。質譜作為研究蛋白質組學的一種常規(guī)方法，其靈敏度高，通過已有的蛋白質數(shù)據(jù)庫，可以同時對上萬種蛋白質進行定性以及定量，并且可以提供豐富的蛋白質結構信息。但是由于單個體細胞內(nèi)的蛋白質總量平均只有約100pg，利用質譜直接進行檢測會面臨樣本復雜度和單細胞靈敏度等挑戰(zhàn)，因此質譜前的分離技術對于提高方法檢測靈敏度以及蛋白質定性定量的準確度來說十分必要。
將蛋白組學和轉錄組學分析整合到單一的多組學方法中提供了在單個細胞中檢測RNA表達和蛋白質豐度的動力學可能性，這反過來可能產(chǎn)生對復雜調控過程的機制性見解，例如表觀基因組、轉錄和轉錄后基因監(jiān)管。此外，同步的mRNA和蛋白質分析可用于確定mRNA和蛋白質水平在活躍的轉錄后調控期間相關性較差的細胞狀態(tài)。
單細胞蛋白質組學服務工作流程
單細胞流程當然也是從樣本處理開始。對樣本進行處理，使細胞分開和懸浮，然后通過熒光活化細胞分選（FACS）進行分離。單個細胞被分配到微量滴定板的各個孔中或芯片型分析系統(tǒng)上，在那里進行裂解。干擾質譜分析的裂解劑需要除去，但由于純化會導致樣本損失，因此研究人員盡量避免使用。
FACS是細胞分選的shou選方法，但也存在缺點。損失率高（有時非常高），需要訓練有素的操作人員，而且購買和操作成本都很高。
當然，損失并不僅僅發(fā)生在細胞分選階段。“粘稠的蛋白質很難通過液相色譜（LC）分離，因此這個步驟也會造成損失。這將會進一步造成靈敏度問題或分析偏倚。有時，您只是無法從單個細胞的蛋白質中產(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。雖然這些方法有點用，但仍需要質譜技術的進步，特別是在電離效率方面的進步，才能處理小的樣本量和體積。
“如果沒有自動化液體處理系統(tǒng)，這些工作流程將無法實現(xiàn)，自動化系統(tǒng)帶來了準確的納升級流體操作，以及一致性和穩(wěn)定性。”
早期對單細胞蛋白質組學的嘗試使用了基質輔助激光解吸電離（MALDI），這是一種軟電離技術，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90年代使用的。人們采用MALDI作為離子源，并用飛行時間（TOF）作為質量分析器，從而提供一種功能性的單細胞分析。不過，這些技術存在三個主要缺點：MALDI不能在時域內(nèi)分離肽段，無法對大量蛋白質進行測序，而且MALDI電離的可變性會影響定量的準確性。
另一種電離蛋白質的方法，電噴霧電離（ESI），則更容易實現(xiàn)測序，因為它很容易與各種分離方法（如毛細管電泳）相結合。然而，ESI需要大量的樣本制備，這可能導致?lián)p失，讓人們無法接受。
直接的分析蛋白質水平和RNA表達的方法是使用單個細胞的索引FAC同時測量同一細胞中的少量蛋白質和相應轉錄物的水平。另一種方法依賴于鄰近延伸分析（PEA）與RNA分析并行進行蛋白檢測。
鄰近連接分析（PLA）依賴于兩個抗體結合的寡核苷酸在同一蛋白質靶點上的連接而不是雜交。這種方法被用來研究蛋白質-蛋白質相互作用的亞細胞定位，例如RNA的PLA在mass-cytometry工作流程中實現(xiàn)，以便能夠同時定量單個原代人類外周血單個核細胞中的10個轉錄物和相應蛋白質。
通過測序、RNA表達以及蛋白測序分析對轉錄組和表位進行細胞索引的兩種方法利用與DNA條形碼結合的抗體，以便能夠在單細胞水平上同時分析細胞表面蛋白質和mRNAs。CyTOF與單細胞RNA測序相結合可以追蹤樹突狀細胞（DC）譜系的發(fā)育。
可以想象，將單細胞蛋白組學方法與多組學工具相結合，可以促進我們對細胞過程的理解，特別是對癌癥抵抗機制和治療反應多樣性的理解。
實現(xiàn)單個細胞蛋白質組成的定性定量分析，揭示細胞個體之間的精細差異
二代測序技術的持續(xù)發(fā)展使對單細胞基因組和轉錄組的研究突飛猛進，科學家們對細胞認識的分辨率大大提高，然而單細胞的基因組和轉錄組數(shù)據(jù)對描述細胞在生物體復雜環(huán)境中的表型和功能還遠遠不夠，而蛋白質作為細胞內(nèi)所有功能的直接執(zhí)行者，細胞通過蛋白質及其翻譯后修飾，可以感知并響應幾乎所有外在和內(nèi)在的刺激，從而影響整個生命體的功能和狀態(tài)。
因此，對單細胞蛋白質組的定性和定量分析，是揭示細胞類型及其狀態(tài)的工具，在腫瘤異質性、干細胞分化、生殖細胞發(fā)育、循環(huán)腫瘤細胞等重要領域有著的應用價值。
單細胞蛋白質組學的目的就是為了實現(xiàn)對單個細胞內(nèi)蛋白質組成的定性和定量分析，從而獲得不同細胞個體蛋白組的定性和定量差異，構建精細蛋白分子圖譜，從根本上揭示不同細胞個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胞及其表型和生命活動。
