單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)服務(wù)適用于單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)基于CE-MS的單細(xì)胞分析應(yīng)用主要集中在大體積細(xì)胞的蛋白質(zhì)組研究上，其實(shí)驗(yàn)流程與常規(guī)的蛋白質(zhì)組學(xué)基本一致。利用比單細(xì)胞尺寸更小的毛細(xì)管管徑對(duì)亞細(xì)胞區(qū)域進(jìn)行內(nèi)容物的提取以及轉(zhuǎn)移，是毛細(xì)管應(yīng)用的一大特色。
但CE與質(zhì)譜接口的穩(wěn)定性不足、CE方法重復(fù)性略差、電泳分離過(guò)程受pH值和溫度等因素的影響，以及蛋白酶解物在電泳過(guò)程中的吸附造成樣本損失等問(wèn)題的存在，限制了CE-MS在單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)中的進(jìn)一步應(yīng)用。
對(duì)細(xì)胞的精確認(rèn)知是理解細(xì)胞在生理和病理過(guò)程中功能的先決條件。傳統(tǒng)研究手段是針對(duì)細(xì)胞群體進(jìn)行分析，獲得大量細(xì)胞的平均化結(jié)果，無(wú)法區(qū)分不同細(xì)胞個(gè)體對(duì)于樣品異質(zhì)性的精確貢獻(xiàn)值，從而忽視或掩蓋了單細(xì)胞的個(gè)體差異。
單細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)種類繁多，豐度低，動(dòng)態(tài)分布范圍寬且無(wú)法擴(kuò)增，因此對(duì)檢測(cè)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(cè)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(cè)通量有限。然而電化學(xué)檢測(cè)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(wú)法對(duì)多種蛋白質(zhì)進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)。
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(guò)已有的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以同時(shí)對(duì)上萬(wàn)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(cè)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(duì)于提高方法檢測(cè)靈敏度以及蛋白質(zhì)定性定量的準(zhǔn)確度來(lái)說(shuō)十分必要。
細(xì)胞是構(gòu)成生物體的基本單位，由于遺傳因素、生化噪音、細(xì)胞微環(huán)境等諸多因素使得單個(gè)細(xì)胞之間存在著廣泛的異質(zhì)性。因此，單細(xì)胞研究不僅可使人類對(duì)細(xì)胞與生命的本質(zhì)有更為精確的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也為疾病的診斷、分型、治療以及預(yù)后提供了更為強(qiáng)有力的工具。蛋白質(zhì)作為生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者，可以為其提供更為直接且更有價(jià)值的表型信息，因此成為單細(xì)胞研究的熱點(diǎn)目標(biāo)。
單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)服務(wù)需要注意的要點(diǎn)如下：
注意數(shù)據(jù)的質(zhì)控。
預(yù)處理和質(zhì)控時(shí)，注意去除低質(zhì)量單細(xì)胞數(shù)據(jù)。
在做生信分析前，建議再次篩選出高質(zhì)量單細(xì)胞數(shù)據(jù)集。
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(wú)法擴(kuò)增，因此對(duì)檢測(cè)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(cè)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(cè)通量有限。然而電化學(xué)檢測(cè)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(wú)法對(duì)多種蛋白質(zhì)進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)。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(guò)已有的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以同時(shí)對(duì)上萬(wàn)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(cè)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(duì)于提高方法檢測(cè)靈敏度以及蛋白質(zhì)定性定量的準(zhǔn)確度來(lái)說(shuō)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(cè)RNA表達(dá)和蛋白質(zhì)豐度的動(dòng)力學(xué)可能性，這反過(guò)來(lái)可能產(chǎn)生對(duì)復(fù)雜調(diào)控過(guò)程的機(jī)制性見(jiàn)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(kāi)始。對(duì)樣本進(jìn)行處理，使細(xì)胞分開(kāi)和懸浮，然后通過(guò)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(gòu)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(guò)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(wèn)題或分析偏倚。有時(shí)，您只是無(wú)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(wèn)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(lái)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(méi)有自動(dòng)化液體處理系統(tǒng)，這些工作流程將無(wú)法實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)化系統(tǒng)帶來(lái)了準(zhǔn)確的納升級(jí)流體操作，以及一致性和穩(wěn)定性。”
早期對(duì)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(guò)，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(wú)法對(duì)大量蛋白質(zhì)進(jìn)行測(cè)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(cè)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(wú)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(cè)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(cè)。
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(lái)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(guò)測(cè)序、RNA表達(dá)以及蛋白測(cè)序分析對(duì)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(cè)序相結(jié)合可以追蹤樹(shù)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(duì)細(xì)胞過(guò)程的理解，特別是對(duì)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(cè)序技術(shù)的持續(xù)發(fā)展使對(duì)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(duì)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(duì)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(guò)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(duì)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)域有著不可或缺的應(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(duì)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)。
