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圖4. 單細胞脂質(zhì)組學解決方案
圖5. 單細胞脂質(zhì)組學正負切換性能和PANC-1 Cell鑒定深度（點擊查看大圖）
03
流式質(zhì)譜助力單細胞代謝組學邁入高通量時代
將流式細胞技術與質(zhì)譜相結合，可以實現(xiàn)在線單細胞分選分析。2019年，清華大學張新榮研究團隊提出了免標記的CyESI-MS技術[9]：使用鞘流液在線萃取位于毛細管內(nèi)的細胞懸液，直接進入Orbitrap MS實現(xiàn)非標記單細胞代謝組學分析。通過細胞濃度控制、流式分選和“脈沖信號”識別處理單細胞事件，配合Q-Exactive Orbitrap 質(zhì)譜最高實現(xiàn)38 cells/min的高通量檢測，鑒定深度可達200~300個代謝物（正負模式）。2026年，來自中國計量科學院和中國計量大學的研究團隊開發(fā)了一種高通量無標記活細胞質(zhì)譜方法（high-throughput and label-free viability informed single-cell mass spectrometry , ViSCMS）,可以同時測定細胞代謝譜和存活狀態(tài)，并成功應用于結直腸癌亞型分類[10] (圖6)。北京大學白玉教授研究團隊實現(xiàn)了單細胞層面的含時動態(tài)代謝流分析技術（圖7）。他們以MDA-MB-231細胞為模型，分別用[U-13C]-葡萄糖和[U-13C]-谷氨酰胺標記培養(yǎng)，最終發(fā)現(xiàn)包括天冬氨酸代謝、Krebs循環(huán)、嘌呤代謝等多條代謝通路被標記；并利用該技術發(fā)現(xiàn)腫瘤相關巨噬細胞在氧化磷酸化、Krebs循環(huán)等通路活性發(fā)生顯著升高 [11]。
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質(zhì)譜成像，從空間到單細胞代謝組學
在組織層面上進行單細胞研究更有助于了解細胞在微環(huán)境中的異質(zhì)性。上述單細胞分析方法無法同時獲得細胞的空間信息，單細胞尺度的質(zhì)譜成像（Mass Imaging, MSI）技術是解決上述問題的最佳利器之一。2025年歐洲分子生物學實驗室Theodore Alexandrov團隊在Cell雜志上開發(fā)了開發(fā)了HT SpaceM技術，結合AP-SMALDI5 AF & Q-Exactive Plus Orbitrap質(zhì)譜成像技術，為單細胞小分子代謝物分析提供了革命性工具（圖8）。該技術不僅克服了傳統(tǒng)MSI中只能看清磷脂分子的局限性，實現(xiàn)了穩(wěn)定檢測氨基酸、核苷酸、有機酸等代謝物；還開發(fā)了將MSI和顯微成像幾何配準，通過反卷積算法將像素點還原為單細胞信息 [12]。（詳細信息請參閱：AP-SMALDI Orbitrap質(zhì)譜成像系統(tǒng)助力打造革命性單細胞代謝組學平臺）
圖8. 質(zhì)譜成像單細胞代謝組學HT SpaceM 技術
（點擊查看大圖）
結語
單細胞代謝組學的發(fā)展，正在從“測得更多”邁向“理解更深”。當代謝與脂質(zhì)層面的信息被納入單細胞解析框架，我們開始架起連接基因調(diào)控、蛋白表達與細胞功能表型之間的重要橋梁；我們開始能夠回答更多關于細胞異質(zhì)性、代謝重編程與功能狀態(tài)轉(zhuǎn)換的問題…
賽默飛在單細胞代謝組學方案展現(xiàn)了不同技術體系之間的協(xié)同性，Vanquish Neo nanoUHPLC 提供的脂質(zhì)深度覆蓋；高分辨、高質(zhì)量精度、快速正負離子極性切換 Orbitrap 平臺帶來的數(shù)據(jù)完整性、鑒定準確性和穩(wěn)定性保障，共同構成了單細胞代謝和脂質(zhì)組學各種創(chuàng)新平臺的“新基建”。在單細胞時代的下一個十年，我們期待與更多科研同行一起，在單細胞分子層面拓寬新的研究邊界。
參考文獻：
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