单细胞功能蛋白质组学技术助力单细胞免疫功能研究

单细胞测序技术实现了在单个细胞水平上，对基因组、转录组、表观组进行高通量测序，能够揭示单个细胞的基因结构和基因表达状态，是研究细胞异质性的强有力工具。但是某些细胞异质性的主要来源可能并不与转录组密切相关。而介导生理功能的蛋白质网络通常是细胞异质性的来源；在可以精确、全面的研究单细胞蛋白质技术出现之前，单细胞中的蛋白质水平通常是从转录组数据等间接替代品中推断出来的。要精准理解细胞在生物体复杂环境中的表型和功能，必须使得单个细胞的蛋白质水平表达从基于mRNA丰度的推断转变为真实意义上的测量。近几年在这个领域涌现出许多成熟的单细胞蛋白组定量技术，在蛋白丰度检测、转录修饰和翻译后修饰方面很好第填补了单细胞转录组学的空白。
 

单细胞蛋白组从单细胞维度可以对蛋白进行定性和定量分析来实现对蛋白质表达模式和功能模式的探索，揭示细胞个体之间的精细差异，为深入认识疾病发病机制提供更精准的见解，进而加速精准医疗先进疗法的发展。
 

由于蛋白质种类多样、结构复杂，功能动态可变等特殊性质， 蛋白质组学研究远比基因研究要复杂和困难得多。目前还没有在单细胞水平上进行全蛋白组分析的工具，但市面上有多种多样不同细分领域的单细胞蛋白组分析方法，包括以下几个技术流派为代表的技术：1）质谱技术（SCoPE-MS）；2）基于抗体的策略（流式细胞术、单细胞蛋白免疫印记scWestern、微流控技术）；3）基于PCR免疫分析的Proseek Multiplex技术等。这些不同的技术在检测的灵敏度、覆盖度、通量或特殊应用领域都各有特色，从不同层面与其它单细胞蛋白质技术或其它组学相互补充，为胚胎发育、干细胞分化、肿瘤异质性、耐药机制及免疫疗法等提供重要的生物学意义。今天我们将为大家介绍一个对免疫和肿瘤研究非常有帮助的技术工具——IsoPlexis的单细胞功能蛋白质组学技术。
 

在机体免疫应答过程，免疫细胞会分泌多种不同功能的细胞因子参与免疫应答的启动和调节。IsoPlexis的单细胞功能蛋白质组学技术致力于对与免疫应答直接相关的功能性细胞因子蛋白的检测，对每个免疫细胞进行功能性免疫谱分析，实现完全的单细胞功能表征，从而帮助发现更好的生物标记物，加速治疗开发。通过探索免疫应答中真正起关键作用的“超级细胞”亚群，以揭示持久性、效力和耐用性等功能性生物学驱动因子。此外IsoPlexis技术还可以对肿瘤细胞胞内多重磷酸化蛋白进行检测，通过对整体磷酸化信号传导通路运作情况的分析，更好地理解肿瘤耐药机制及潜在的联合用药策略。
 

IsoPlexis技术通过对免疫学、工程学和物理学的精巧整合设计突破了目前单细胞功能蛋白分析的边界，在单细胞分辨率下实现对细胞功能和应答表征的独特见解。它采用微流控技术，通过12,000 个独立的亚纳升级别的微室同时捕获上千个单细胞。搭配IsoCode 芯片抗体条形码技术，捕获每个小室中单个活细胞分泌的多重蛋白质，或者对单细胞裂解后释放出的多种磷酸化蛋白进行捕获，然后通过基于最经典的抗原抗体识别的ELISA 原理的全自动化蛋白检测技术，采用独特的通路特异性多重性检测策略，捕获多重蛋白的荧光信号，一次可采集多达30 种以上的功能蛋白质。在检测中从每个单细胞获得的蛋白质组信号将无缝传输到IsoSpeak 生信分析软件，进行全自动分析和可视化呈现，并可直接用于文章发表。
 

IsoPlexis技术采用自己独有的PSI（Polyfunctional strength Index，细胞多功能强度指数）来评估细胞的综合免疫功能。细胞群体中能分泌两种及以上细胞因子的细胞被称为多功能细胞，这群多功能细胞在细胞群体中的占比和他们分泌的每种功能蛋白因子的信号强度加权相乘后得到PSI。相比传统技术只关注多功能细胞比例，或仅看功能蛋白定量，PSI可以更全面、客观、精准地反应细胞免疫应答功能。相较于群体水平均的功能蛋白检测均质化结果，单细胞维度的功能蛋白的分析展示出与体内生理学及临床结局相关性的生物学新价值，在细胞治疗、肿瘤免疫治疗、新冠研究、炎症性等多个领域被广泛应用。目前已有多个数据集，可以在临床前期助力研究人员筛选出具有更持久疗效的最佳免疫联合疗法、细胞治疗或疫苗候选物；在临床阶段，可作为一个新型的特异性生物标志物，用于预测临床结局或药物受益人群，为疾病机制探索及药物开发提供更多依据。
 

IsoPlexis功能蛋白组技术对免疫细胞功能表型的精确表征，与表征细胞表面表型的流式细胞术，及基因研究的单细胞转录组测序等组学技术，正是从不同维度交叉互补，使得对单细胞的研究成为一个更完整、严谨的循环。我们也期待看到IsoPlexis单细胞功能蛋白组技术与其它更多组学技术的联合使用，为更多领域的研究贡献有价值的数据。