今天我们将帮大家熟悉单细胞蛋白检测（Single Cell RNA sequencing，scRNA-seq），这是一种以超高通量检测单细胞中蛋白质的方法。

发展历史

荧光标记抗体的流式细胞术可以灵敏地分析数百万个单细胞中的蛋白质，作为生物学的基石而使用，但过去的流式方法无法形成完整的蛋白质组分析，分析过程中也可能破坏转录组，因此无法同时测量同一单细胞的转录组和蛋白质组。

2017年由哈佛大学和麻省理工学院的研究人员开发的单细胞蛋白检测的出现弥补了这一技术缺口。它通过结合了流式和质谱细胞术，提高检测的灵敏度，准确性和潜力。该技术用DNA序列标签替代了往常的荧光团或重金属标记的抗体，这种DNA标签可以像单细胞测序一般使用微滴微流控条形码读出，测序建库。技术的革新带来了很多的优势：扩增并因此检测低丰度标签的能力；通过唯一分子标识符（UMI）校正扩增偏差；提供定量结果；扩大检测范围等等。这种灵敏、准确、和多重分析很快成为一种具有优势的实验技术，为研究者提供全新的研究思路和解决方案。

技术原理

在单细胞层面的蛋白水平检测因为蛋白数量的稀少而困难。而单细胞蛋白检测作为一个突破性技术，可以使用特异性抗体标记的序列标签，用微流控条码和DNA测序读出。这个过程包括阿了多个步骤：

a.特定抗体上标记有DNA序列，可以与细胞表面的目标表位结合。微流控流程将抗体标签序列连接至细胞，以此读出单细胞蛋白的表达。

b.每个细胞包括了唯一细胞条形码序列

c.通过重叠延伸PCR进行剪接

d.在>10,000个单细胞上平行进行，嵌合产物被汇集并测序。数据按条形码进行分类，获得单细胞蛋白信息。

e.二代测序分析：扩增完成的序列由二代测序法进行测序。DNA序列读数存储到数据库中，通过数据分析反映蛋白质的水平。独特的分子标识符被包括在内，以纠正由于测序库制备过程中PCR偏差导致的重复序列而产生的标签数。

技术应用

在单细胞水平，将蛋白组学和转录组学的检测相结合，进行多维度的单细胞信息解读。不仅可以更好地揭示细胞之间的异质性，同时也能更清晰地辨别特定细胞及其功能。单细胞蛋白组学可以应用于多种实验目的，例如稀有细胞类型鉴定，生物标志物筛选和鉴定等等。

在研究《造血系统的单细胞蛋白质基因组参考图谱能够对精确定义的细胞状态进行纯化和大规模分析》中，Triana et al.生成了人类血液和骨髓的高含量单细胞蛋白质基因组参考图，定量地将多达 197 种表面标记的表达与健康衰老和白血病中所有主要造血细胞类型的细胞特性和生物过程相联系，这些参考图谱能够自动设计具有成本效益的高通量细胞计数方案。

同样单细胞蛋白检测也被用于进行COVID-19相关的研究。Brodin等人（2021年）发表的题为 《上呼吸道中预激活的抗病毒先天免疫力控制了儿童早期SARS-CoV-2的感染》的研究论文中，研究者利用单细胞RNA测序（scRNA-seq）和抗体-DNA结合物（Ab-seq）全面分析了儿童和成人对SARS-CoV-2感染的免疫反应。结果显示，儿童的鼻腔上皮细胞中预激活的抗病毒先天免疫细胞水平高于成人，这可能解释了他们对严重的COVID-19的敏感性较低。作者还确定了SARS-CoV-2感染细胞的独特转录特征，与干扰素刺激的基因和炎症细胞因子有关。

单细胞蛋白检测还可以与一系列RNA检测法集成，包括全转录组分析、靶向RNA检测、TCR和BCR分析和多样本检测，实现多组学分析。

我们LabEx为大家带来多种单细胞测序服务，包括结合单细胞转录组学和单细胞蛋白测序的多组学分析，单细胞免疫组库分析等等。

Reference:

Shahi, P., Kim, S. C., Haliburton, J. R., Gartner, Z. J., & Abate, A. R. (2017). Abseq: Ultrahigh-throughput single cell protein profiling with droplet microfluidic barcoding. Scientific reports, 7, 44447 Loske, J., Röhmel, J., Lukassen, S., Stricker, S., Magalhães, V. G., Liebig, J., Chua, R. L., Thürmann, L., Messingschlager, M., Seegebarth, A., Timmermann, B., Klages, S., Ralser, M., Sawitzki, B., Sander, L. E., Corman, V. M., Conrad, C., Laudi, S., Binder, M., Trump, S., … Lehmann, I. (2022). Pre-activated antiviral innate immunity in the upper airways controls early SARS-CoV-2 infection in children. Nature biotechnology, 40(3), 319–324. https://doi.org/10.1038/s41587-021-01037-9

Triana, S., Vonficht, D., Jopp-Saile, L., Raffel, S., Lutz, R., Leonce, D., Antes, M., Hernández-Malmierca, P., Ordoñez-Rueda, D., Ramasz, B., Boch, T., Jann, J. C., Nowak, D., Hofmann, W. K., Müller-Tidow, C., Hübschmann, D., Alexandrov, T., Benes, V., Trumpp, A., Paulsen, M., … Haas, S. (2021). Single-cell proteo-genomic reference maps of the hematopoietic system enable the purification and massive profiling of precisely defined cell states. Nature immunology, 22(12), 1577–1589. https://doi.org/10.1038/s41590-021-01059-0