单细胞代谢组专题 | 单细胞代谢实现肿瘤细胞化疗耐药异质性研究

●期刊：Angewandte Chemie

●发表单位：北京大学

●发表时间：2020.10

●影响因子：16.823/Q1

这篇文献采用的技术路线是为微流控芯片和nanoESI-单细胞代谢高分辨质谱的联用，并使用质谱标记探针在线解离质量标签，完成了细胞表面蛋白的半定量和单细胞水平内源性代谢物检测的兼容性检测。成功检测了来自三种卵巢癌细胞类型（A2780、OVCAR-3、SK-OV-3）和两种乳腺癌细胞类型（MCF-7、MDA-MB-231）的六种细胞表面抗原和~100代谢物，更好地区分和鉴定癌症细胞表型及异质性，对细胞分型的灵敏度和特异性超过95%。此外，通过抗原标记对MCF-7中的耐药细胞和癌干细胞进行识别，发现代谢差异，为进一步的耐药分析和干细胞研究提供依据。

用六种MPs标记细胞表面的六种抗原，包括三种重要的癌症生物标记物，癌症抗原125（CA125）、癌胚抗原（CEA）和上皮细胞粘附分子（EpCAM），以及三种常用的分化簇抗原CD24、CD44和CD133，然后用有机质量细胞仪对单个细胞表面抗原进行检测和半定量分析。通过荧光流式细胞术验证了该方法的准确性和可靠性。此外，研究人员还研究了不同细胞类型和亚型之间表面抗原的表达差异，并通过层次聚类和主成分分析将不同细胞类型和亚型清晰地区分开来。

表面抗原在五种细胞类型和亚型之间的表达存在显著差异。例如，作为上皮癌变的重要功能蛋白，EpCAM在大多数上皮癌细胞系中检测到，包括SK-OV-3、MCF-7、A2780和OVCAR-3，但在MDA-MB-231细胞系中没有检测到。

通过对单个细胞的质谱分析，研究人员成功识别了约84种潜在的细胞代谢物，包括氨基酸、脂类等。在不同的细胞类型和亚型中，观察到细胞代谢产物以及六种表面抗原的显著统计差异。例如A2780和OVCAR-3细胞系之间的PC（32:1）、脯氨酸、PE（P-40:6）和TG（52:2）。并基于检测到的6个质量标签和84个代谢物信号，对5种已知细胞类型和混合细胞样本进行主成分分析，成功地对五种不同的细胞类型和亚型进行了区分和鉴定。

为了在单细胞水平上研究耐药性，使用暴露于阿霉素的野生型MCF-7（wt MCF-7）细胞来诱导阿霉素耐药表型（DOX-res）MCF-7细胞。并使用该平台在单细胞水平上进行DOX-res和wt MCF-7细胞的分化。DOX-res细胞在表面抗原表达谱中表现出显著的分化，特别是CD24的低表达水平（CD24^low/-），这已被报道为化疗耐药表型的特异性标志物。在DOX-res表型和wt MCF-7细胞之间，也挑选出了具有统计学差异的代表性代谢物，包括氨基酸（精氨酸、谷氨酰胺和谷氨酸）和脂质（鞘磷脂SM（D34:1）、PC（38:4）和PC（O-32:0））。