單細胞蛋白質組學服務適用于單細胞蛋白質組學基于CE-MS的單細胞分析應用主要集中在大體積細胞的蛋白質組研究上，其實驗流程與常規(guī)的蛋白質組學基本一致。利用比單細胞尺寸更小的毛細管管徑對亞細胞區(qū)域進行內(nèi)容物的提取以及轉移，是毛細管應用的一大特色。
但CE與質譜接口的穩(wěn)定性不足、CE方法重復性略差、電泳分離過程受pH值和溫度等因素的影響，以及蛋白酶解物在電泳過程中的吸附造成樣本損失等問題的存在，限制了CE-MS在單細胞蛋白質組學中的進一步應用。
對細胞的精確認知是理解細胞在生理和病理過程中功能的先決條件。傳統(tǒng)研究手段是針對細胞群體進行分析，獲得大量細胞的平均化結果，無法區(qū)分不同細胞個體對于樣品異質性的精確貢獻值，從而忽視或掩蓋了單細胞的個體差異。
單細胞內(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。
細胞是構成生物體的基本單位，由于遺傳因素、生化噪音、細胞微環(huán)境等諸多因素使得單個細胞之間存在著廣泛的異質性。因此，單細胞研究不僅可使人類對細胞與生命的本質有更為精確的認識，同時也為疾病的診斷、分型、治療以及預后提供了更為強有力的工具。蛋白質作為生命活動的主要承擔者，可以為其提供更為直接且更有價值的表型信息，因此成為單細胞研究的熱點目標。
單細胞蛋白質組學服務需要注意的要點如下：
注意數(shù)據(jù)的質控。
預處理和質控時，注意去除低質量單細胞數(shù)據(jù)。
在做生信分析前，建議再次篩選出高質量單細胞數(shù)據(jù)集。
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(diào)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(diào)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不可或缺的應用價值。
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。
