細(xì)胞作為構(gòu)成生命的基本單位具有異質(zhì)性，單細(xì)胞代謝組學(xué)(single-cell metabolomics, SCM)從細(xì)胞層面揭示代謝過程的復(fù)雜性和多樣性，對于探究疾病發(fā)生、發(fā)展及精準(zhǔn)醫(yī)療等至關(guān)重要。此前SCM面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，包括小分子代謝物穩(wěn)健檢測困難、樣本通量有限、數(shù)據(jù)重復(fù)性差，限制了其在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
2025年9月5日，歐洲分子生物學(xué)實驗室Theodore Alexandrov團隊在Cell雜志上發(fā)表了題目為“HT SpaceM: A high-throughput and reproducible method for small-molecule single-cell metabolomics”的文章。該研究結(jié)合AP-SMALDI5 AF & Q Exactive Plus Orbitrap質(zhì)譜成像技術(shù)、定制載玻片細(xì)胞制備和批量處理技術(shù)，開發(fā)了HT SpaceM——一種高通量、高重現(xiàn)性單細(xì)胞代謝組學(xué)方法，結(jié)合提出的功能全面的數(shù)據(jù)分析框架，為單細(xì)胞小分子代謝物分析提供了革命性工具，同時拓展了MALDI質(zhì)譜成像技術(shù)在單細(xì)胞代謝組學(xué)高通量應(yīng)用。
(點擊查看大圖)
技術(shù)創(chuàng)新與優(yōu)勢
超高通量設(shè)計，樣本處理效率躍升
HT SpaceM創(chuàng)新工作流程采用了激光刻蝕定制化多孔載玻片，將樣本孔數(shù)量提升至40個，配合可拆卸的細(xì)胞制備腔室，經(jīng)過全切片顯微鏡成像與AP-SMALDI5 AF & Q Exactive Plus Orbitrap質(zhì)譜成像分析，結(jié)合細(xì)胞分割算法Cellpose和以及跨孔批處理分析，能夠在同一塊載玻片處理高達40個樣品，每個樣品可對超過1000個細(xì)胞進行分析，適用于各種細(xì)胞類型，大幅降低批次效應(yīng)，極大地提高了單細(xì)胞級別代謝物檢測的通量。
HT SpaceM 工作流程
(點擊查看大圖)
標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)分析框架，數(shù)據(jù)解讀更系統(tǒng)
研究人員提出并驗證了一套單細(xì)胞代謝組學(xué)數(shù)據(jù)分析框架，該框架整合了質(zhì)量控制、無監(jiān)督聚類、重復(fù)性評估、變異性分析、代謝物結(jié)構(gòu)驗證、富集分析與創(chuàng)新的單細(xì)胞共豐度代謝網(wǎng)絡(luò)等分析方法。使用該框架，研究者能夠更深入地理解多維度空間代謝組數(shù)據(jù)，識別保守代謝通路、樞紐代謝物以及細(xì)胞異質(zhì)性。
HT SpaceM數(shù)據(jù)分析框架
(點擊查看大圖)
小分子代謝物高覆蓋、高重現(xiàn)性分析
通過使用高精度的AP-SMALDI5 AF & Q Exactive Plus Orbitrap質(zhì)譜成像平臺，HT SpaceM能夠在單細(xì)胞內(nèi)檢測到>100種小分子代謝物，覆蓋了主要的類別和通路小分子，包括氨基酸、核苷酸、脂肪酸和碳水化合物等。
高靈敏度與高可重復(fù)性是新興SCM技術(shù)的核心要求。HT SpaceM在孔間與玻片間可重復(fù)性高，多數(shù)檢測代謝物變異性低。同一載玻片內(nèi)約76%的玻片內(nèi)孔與孔之間相關(guān)系數(shù)（R）≥0.97，不同載玻片的樣本相關(guān)性(R)仍高達0.88~0.99，且不受細(xì)胞系的影響，81.48%代謝物的CV值≤20%。HT SpaceM檢測結(jié)果通過與常規(guī)液質(zhì)聯(lián)用Orbitrap Exploris 240代謝組學(xué)數(shù)據(jù)的對比，驗證了工作流程的準(zhǔn)確性。
HT SpaceM高重現(xiàn)性、低變異性，代謝物檢測匹配Orbitrap Exploris 240檢測結(jié)果(點擊查看大圖)
解鎖多場景應(yīng)用潛力
解析腫瘤細(xì)胞代謝異質(zhì)性
使用HT SpaceM對9種NCI-60腫瘤細(xì)胞系（涵蓋乳腺癌、結(jié)腸癌、肺癌等）和HeLa細(xì)胞進行分析，共檢測到202種小分子離子。單細(xì)胞譜圖的 UMAP 顯示，細(xì)胞按細(xì)胞系清晰聚類，孔重復(fù)樣本間可重復(fù)性高。進一步通過無監(jiān)督聚類和“一對一”差異分析，揭示細(xì)胞系特異性標(biāo)志代謝物。此外，富集分析可為代謝類別與通路的差異表達提供深入見解，結(jié)合代謝共豐度網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，有助于揭示關(guān)鍵代謝樞紐或協(xié)同代謝程序。
9種NCI-60和Hela細(xì)胞系單細(xì)胞代謝特征
(點擊查看大圖)
藥物干預(yù)下的單細(xì)胞代謝動態(tài)
為了進一步探究HT SpaceM在藥物研究中的適用性，研究人員對經(jīng)糖酵解抑制劑2-DG處理12h、24h后的HeLa細(xì)胞分別進行譜圖分析。HT SpaceM精準(zhǔn)捕捉到明顯的代謝變化，且變化符合2-DG的預(yù)期效應(yīng)：葡萄糖積累、糖酵解抑制、檸檬酸水平升高等。單細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)分析顯示，多個通路中代謝協(xié)調(diào)關(guān)系發(fā)生改變，藥物處理后以葡萄糖為中心重構(gòu)代謝網(wǎng)絡(luò)。聚類分析識別出三個細(xì)胞亞群，表明細(xì)胞對處理響應(yīng)存在異質(zhì)性，為藥物響應(yīng)差異研究提供新視角。
糖酵解抑制后出現(xiàn)的代謝協(xié)同與細(xì)胞異質(zhì)性
(點擊查看大圖)
單細(xì)胞代謝組學(xué)科研新思路
HT SpaceM 基于MALDI質(zhì)譜成像系統(tǒng)，解決了此前SCM 面臨的核心痛點，提供高通量、可靠的SCM數(shù)據(jù)，使其特別適用于臨床珍貴的樣本，如循環(huán)腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞或活檢樣本等，為單細(xì)胞代謝組學(xué)高通量分析提供了全新的技術(shù)平臺。
左：AP-SMALDI5 AF Orbitrap質(zhì)譜成像系統(tǒng)
右：Orbitrap Exploris 240高分辨液質(zhì)聯(lián)用儀
AP-SMALDI Orbitrap質(zhì)譜成像系統(tǒng)除了分析單細(xì)胞代謝物空間定位外，還可以作為一種進樣方式，為單細(xì)胞代謝組學(xué)提供高通量定量分析。本研究采用AP-SMALDI5 AF & Q Exactive Plus Orbitrap質(zhì)譜成像系統(tǒng)，其3μm高空間分辨確?？梢?strong>實現(xiàn)單細(xì)胞水平分析，Orbitrap的超高分辨率、超高質(zhì)量精度以及超高靈敏度，確保了低豐度小分子代謝物的可靠檢測，為整個工作流程提供了核心硬件支撐。文中代謝物結(jié)構(gòu)驗證的LC-MS/MS分析，選用Orbitrap Exploris 240，其24萬分辨率及Compound Discover數(shù)據(jù)庫為代謝物注釋提供了可靠的保障。
10
隆安县|
墨玉县|
新密市|
花垣县|
屏南县|
虎林市|
大方县|
金塔县|
宁乡县|
长武县|
门头沟区|
肇庆市|
垫江县|
法库县|
荥阳市|
莆田市|
莱西市|
东明县|
米易县|
凤冈县|
江津市|
安化县|
泽州县|
福州市|
温泉县|
博白县|
开封县|
轮台县|
汶上县|
子洲县|
长泰县|
林周县|
依安县|
巧家县|
金寨县|
盐池县|
阳曲县|
南雄市|
兴文县|
顺义区|
洪江市|
立即詢價
您提交后，專屬客服將第一時間為您服務(wù)