单细胞蛋白质组学

产品简介

单细胞蛋白质组学（Single-Cell Proteomics, SCP）是通过高通量质谱技术对单个细胞的蛋白质组成、表达水平和翻译后修饰（PTMs）进行定量与定性分析的技术。相比传统蛋白质组学，SCP能够揭示细胞间的异质性，解析单个细胞的功能状态、信号通路激活、代谢差异及免疫特征。其核心优势在于无偏检测、高灵敏度和单细胞分辨率，为生命科学研究提供了全新的视角。

技术优势

高灵敏度：可检测单个细胞中1000+蛋白质，10个细胞中~2000个蛋白质，100个细胞中4000+蛋白质。
单细胞分辨率：精准解析细胞异质性，识别稀有细胞亚群（如肿瘤干细胞、耐药细胞）。
多组学整合：支持与单细胞转录组、表观组、代谢组联合分析，构建“基因-蛋白-功能”调控网络。
空间信息整合：结合空间单细胞蛋白组技术（如PCF技术），实现组织微环境的空间定位与互作分析。
全流程自动化：采用压电声学分配技术（如cellenONE平台），单细胞分选率高达98%，细胞存活率>85%。
高重复性：三次重复实验的蛋白质鉴定重合度~70%，皮尔森相关系数R值达0.935。
低样本起始量：支持50个细胞起始的单细胞分选（传统FACS需2万细胞）。
多参数共检：单次实验最多可检测100+蛋白标记物（空间单细胞技术），解析复杂生物学网络。

技术路线

应用领域

1、医学与临床研究

（1）肿瘤异质性与转移机制

案例：小鼠类原肠胚发育中的单细胞蛋白组图谱（Cell Stem Cell, 2024）技术：SCP + 单细胞转录组

成果：发现中胚层细胞存在三个亚群，揭示胚胎发育的分子机制。

应用：肿瘤亚群鉴定：识别干性细胞、迁移潜能细胞及耐药亚群（如乳腺癌CD44+细胞）。

转移预测：通过蛋白表达谱预测肿瘤转移风险（如E-cadherin低表达提示侵袭性）。

（2）耐药机制与药物开发

案例：前列腺癌耐药机制研究（Advanced Science, 2024）技术：SCP + 单细胞翻译组

成果：发现YTHDF3蛋白表达下降导致老龄卵母细胞减数分裂受阻。

应用：耐药亚群筛选：识别药物干预后存活的耐药细胞（如化疗后P-gp高表达细胞）。

联合用药策略：基于蛋白通路激活状态设计靶向组合（如PI3K/AKT抑制剂+MEK抑制剂）。

（3）免疫系统与疾病治疗

案例：肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）功能解析，技术：SCP + 空间蛋白组

成果：揭示TIL的空间分布与肿瘤微环境互作机制。

应用：免疫细胞分型：区分耗竭T细胞（PD-1+ TIM-3+）与记忆T细胞（CD62L+）。

CAR-T优化：通过蛋白表达谱筛选高活性CAR-T细胞亚群。

2、农业与生物技术

（1）作物抗逆性研究

案例：植物茉莉酸（JA）响应中的蛋白调控（Plant Physiology, 2023）技术：SCP + 转录组联合分析

成果：发现JA信号通路中关键蛋白激酶的单细胞表达差异。

应用：抗逆育种：筛选耐盐碱、抗旱作物的蛋白标记（如HSP70、LEA蛋白）。

基因编辑验证：通过SCP验证CRISPR靶基因的蛋白水平功能。

（2）畜禽性状改良

案例：藏羊繁殖力相关蛋白挖掘（青海省科技厅项目）技术：SCP + 转录组联合分析

成果：鉴定FecB基因调控的蛋白网络，揭示多羔性状机制。

应用：经济性状优化：提升肉质、产奶量（如MSTN蛋白抑制）。

疾病防控：解析病原体感染中的宿主蛋白响应（如PRRSV感染中的IFN-γ信号）。

3、基础科学研究

（1）胚胎发育与干细胞分化

案例：小鼠卵母细胞衰老机制（Advanced Science, 2024）技术：SCP + 单细胞翻译组

成果：发现m6A读取蛋白YTHDF3调控卵母细胞减数分裂。

应用：发育轨迹重建：解析胚胎干细胞分化为三胚层的蛋白动态（如SOX2→NEUROG2）。

再生医学：鉴定诱导多能干细胞（iPSCs）重编程的关键蛋白（如OCT4、NANOG）。

（2）表观遗传学与翻译调控

案例：m6A修饰对蛋白翻译的影响，技术：SCP + 单细胞翻译组

成果：揭示m6A修饰通过YTHDF3调控蛋白合成效率。

应用：翻译动态解析：研究mRNA修饰（如m6A、m5C）对蛋白翻译的影响。

非编码RNA功能：解析lncRNA与翻译起始因子的互作机制。

4、工业与环境研究

（1）工业微生物优化

案例：乳酸菌发酵代谢调控（Lactobacillus bulgaricus）技术：SCP + 代谢组联合分析

成果：发现乳酸脱氢酶（LDH）的单细胞表达差异影响产酸效率。

应用：产酶能力提升：优化淀粉降解酶（如α-淀粉酶）的表达。

菌株改造：定向敲除/过表达关键蛋白（如耐高温蛋白酶）。

（2）环境微生物研究

案例：深海微生物降解有机质的蛋白调控（Microbiome, 2024）技术：SCP + 宏蛋白组联合分析

成果：揭示脂肪酸氧化酶（ACOX）的单细胞活性差异。

应用：生物修复：筛选污染物降解菌株的蛋白响应机制（如石油降解酶）。

极端环境适应：解析嗜热、嗜盐微生物的蛋白稳定性机制。

5、空间单细胞蛋白组学

（1）技术优势

超多重蛋白检测：100+标记物同时检测（如PD-L1、Ki67、CD8）。

空间分辨率：结合组织切片成像，解析细胞邻近关系（如T细胞与肿瘤细胞的空间互作）。

全切片成像：无偏倚覆盖组织微环境，捕获稀有事件（如肿瘤微转移灶）。

（2）应用案例

肿瘤微环境：案例：肺癌组织中PD-L1+肿瘤细胞与CD8+ T细胞的空间分布（Nature, 2025）。

成果：揭示肿瘤免疫逃逸的物理屏障机制。

神经科学：案例：小鼠大脑皮层神经元亚型的空间蛋白组特征（Science, 2025）。

成果：发现谷氨酸能神经元与GABA能神经元的蛋白表达梯度。