细胞类型蛋白质组学 (Cell-type-specific proteomics) #329

单细胞蛋白质组学（single-cell proteomics, SCP）是指在单个细胞水平上，对细胞内所有的蛋白质进行定性（鉴定）、定量分析以及翻译后修饰等的研究。

为什么需要单细胞蛋白质组学？

传统的群体蛋白质组学（Bulk Proteomics）分析的是数百万个细胞的平均蛋白质表达水平。然而，生物组织，特别是肿瘤组织或复杂的免疫系统，是由具有高度异质性（Heterogeneity）的细胞群体组成。群体分析会掩盖细胞间的功能差异、隐藏稀有但关键的细胞类型（如癌症干细胞）以及细胞分化过程的连续性。

SCP的价值： 单细胞蛋白质组学能够揭示细胞间的差异，捕获功能执行者——蛋白质的动态变化，从而提供比DNA或RNA层面更直接、更精确的细胞状态和功能信息。

（细胞类型蛋白质组学部分解决上述问题，是现阶段最具性价比的策略。）

技术挑战

实现单细胞蛋白质组学的最大难点在于灵敏度。单个哺乳动物细胞的蛋白质含量仅有约 10-200 皮克（picograms），蛋白质浓度极低，且难以像核酸那样通过 PCR 进行扩增。

核心问题： 如何在微量蛋白中实现高深度（鉴定更多蛋白质种类）和高重现性定量？

基于质谱的SCP

关键技术环节	目的与原理
单细胞分离	CellenONE、流式细胞分选 (FACS) 或微流控技术，精确且温和地将单个细胞分选到微孔或纳升级反应体系中，以确保真正的单细胞分辨率。
微量样品前处理	独家开发的精简化、低损耗的样品前处理体系，如一步提取法或高度微型化的Chip-Tip方法，在纳升级体积中完成裂解、酶解和纯化。
多重定量标记（TMT/iTRAQ）	使用同量异位标签（TMT/Tandem Mass Tag）。在一个批次中，将多个（如 16 个）单细胞样品分别用不同的标签进行标记，然后将所有样品混合，统一进行质谱分析。这大大提高了通量和定量准确性。
高灵敏度质谱	结合高精度纳流液相色谱和新一代高分辨质谱仪，如 Orbitrap 系列，以最大化检测信号，并进行深度鉴定。

2023年，Nikolai Slavov 在 Nature Methods 发表研究：
Prioritized Mass Spectrometry Increases the Depth, Sensitivity and Data Completeness of Single-Cell Proteomics。

该研究提出了**优先级单细胞蛋白质组学（prioritized Single-Cell ProtEomics, pSCoPE）**方法。
pSCoPE 在所有单个细胞中一致性地分析成千上万个优先级肽段（prioritized peptides），从而提高数据完整性（data completeness），同时最大化仪器时间用于分析可识别肽段，从而增加蛋白质组深度（proteome depth）。

这些策略将灵敏度、数据完整性和蛋白质组覆盖度提升了两倍以上。

非质谱方法（基于抗体）

近邻延伸分析 (PEA) 或抗体芯片： 利用特异性抗体结合目标蛋白，并通过寡核苷酸链的连接和 qPCR 扩增来间接定量蛋白质。这种方法灵敏度高，但只能靶向分析有限数量（几十到几百种）的蛋白质。