單細胞測序技術實現了在單個細胞水平上，對基因組、轉錄組、表觀組進行高通量測序，能夠揭示單個細胞的基因結構和基因表達狀態，是研究細胞異質性的強有力工具。但是某些細胞異質性的主要來源可能并不與轉錄組密切相關。而介導生理功能的蛋白質網絡通常是細胞異質性的來源；在可以精確、全面的研究單細胞蛋白質技術出現之前，單細胞中的蛋白質水平通常是從轉錄組數據等間接替代品中推斷出來的。要精準理解細胞在生物體復雜環境中的表型和功能，必須使得單個細胞的蛋白質水平表達從基于mRNA豐度的推斷轉變為真實意義上的測量。近幾年在這個領域涌現出許多成熟的單細胞蛋白組定量技術，在蛋白豐度檢測、轉錄修飾和翻譯后修飾方面很好第填補了單細胞轉錄組學的空白。
 

單細胞蛋白組從單細胞維度可以對蛋白進行定性和定量分析來實現對蛋白質表達模式和功能模式的探索，揭示細胞個體之間的精細差異，為深入認識疾病發病機制提供更精準的見解，進而加速精準醫療先進療法的發展。
 

由于蛋白質種類多樣、結構復雜，功能動態可變等特殊性質， 蛋白質組學研究遠比基因研究要復雜和困難得多。目前還沒有在單細胞水平上進行全蛋白組分析的工具，但市面上有多種多樣不同細分領域的單細胞蛋白組分析方法，包括以下幾個技術流派為代表的技術：1）質譜技術（SCoPE-MS）；2）基于抗體的策略（流式細胞術、單細胞蛋白免疫印記scWestern、微流控技術）；3）基于PCR免疫分析的Proseek Multiplex技術等。這些不同的技術在檢測的靈敏度、覆蓋度、通量或特殊應用領域都各有特色，從不同層面與其它單細胞蛋白質技術或其它組學相互補充，為胚胎發育、干細胞分化、腫瘤異質性、耐藥機制及免疫療法等提供重要的生物學意義。今天我們將為大家介紹一個對免疫和腫瘤研究非常有幫助的技術工具——IsoPlexis的單細胞功能蛋白質組學技術。
 

在機體免疫應答過程，免疫細胞會分泌多種不同功能的細胞因子參與免疫應答的啟動和調節。IsoPlexis的單細胞功能蛋白質組學技術致力于對與免疫應答直接相關的功能性細胞因子蛋白的檢測，對每個免疫細胞進行功能性免疫譜分析，實現完全的單細胞功能表征，從而幫助發現更好的生物標記物，加速治療開發。通過探索免疫應答中真正起關鍵作用的“超級細胞”亞群，以揭示持久性、效力和耐用性等功能性生物學驅動因子。此外IsoPlexis技術還可以對腫瘤細胞胞內多重磷酸化蛋白進行檢測，通過對整體磷酸化信號傳導通路運作情況的分析，更好地理解腫瘤耐藥機制及潛在的聯合用藥策略。
 

IsoPlexis技術通過對免疫學、工程學和物理學的精巧整合設計突破了目前單細胞功能蛋白分析的邊界，在單細胞分辨率下實現對細胞功能和應答表征的獨特見解。它采用微流控技術，通過12,000 個獨立的亞納升級別的微室同時捕獲上千個單細胞。搭配IsoCode 芯片抗體條形碼技術，捕獲每個小室中單個活細胞分泌的多重蛋白質，或者對單細胞裂解后釋放出的多種磷酸化蛋白進行捕獲，然后通過基于最經典的抗原抗體識別的ELISA 原理的全自動化蛋白檢測技術，采用獨特的通路特異性多重性檢測策略，捕獲多重蛋白的熒光信號，一次可采集多達30 種以上的功能蛋白質。在檢測中從每個單細胞獲得的蛋白質組信號將無縫傳輸到IsoSpeak 生信分析軟件，進行全自動分析和可視化呈現，并可直接用于文章發表。
 

IsoPlexis技術采用自己獨有的PSI（Polyfunctional strength Index，細胞多功能強度指數）來評估細胞的綜合免疫功能。細胞群體中能分泌兩種及以上細胞因子的細胞被稱為多功能細胞，這群多功能細胞在細胞群體中的占比和他們分泌的每種功能蛋白因子的信號強度加權相乘后得到PSI。相比傳統技術只關注多功能細胞比例，或僅看功能蛋白定量，PSI可以更全面、客觀、精準地反應細胞免疫應答功能。相較于群體水平均的功能蛋白檢測均質化結果，單細胞維度的功能蛋白的分析展示出與體內生理學及臨床結局相關性的生物學新價值，在細胞治療、腫瘤免疫治療、新冠研究、炎癥性等多個領域被廣泛應用。目前已有多個數據集，可以在臨床前期助力研究人員篩選出具有更持久療效的最佳免疫聯合療法、細胞治療或疫苗候選物；在臨床階段，可作為一個新型的特異性生物標志物，用于預測臨床結局或藥物受益人群，為疾病機制探索及藥物開發提供更多依據。
 

IsoPlexis功能蛋白組技術對免疫細胞功能表型的精確表征，與表征細胞表面表型的流式細胞術，及基因研究的單細胞轉錄組測序等組學技術，正是從不同維度交叉互補，使得對單細胞的研究成為一個更完整、嚴謹的循環。我們也期待看到IsoPlexis單細胞功能蛋白組技術與其它更多組學技術的聯合使用，為更多領域的研究貢獻有價值的數據。