单细胞的代谢分析 - SCENITH：基于流式细胞仪的单细胞能量代谢功能曲线绘制方法

目前，安捷伦Seahorse能量代谢分析仪已成为活细胞代谢分析的金标准，以简便灵敏的方法分析细胞群整体代谢能力。而对于复杂的血液样本或者活检组织中的异质细胞或者极少量的细胞群的代谢谱的检测，细胞分选和培养基培养会改变细胞代谢活性，因此很难准确检测人体血液样本或活检组织中的异质和稀少细胞群的代谢谱检测。

法国Aix Marseille大学的Rafael J. Argüello团队开发了一种利用流式细胞术在单细胞水平上量化细胞代谢的方法SCENITH（single cell energetic metabolism by profiling translation inhibition），并将此方法应用于全血和人肿瘤样本中，确定了肿瘤组织相关免疫细胞与癌旁组织免疫细胞之间的代谢差异。

  SCENITH实验设计原理

因此，可以通过测定 PS 水平来衡量整体的细胞能量代谢水平。科学家利用嘌呤霉素（Puromycin, puro）这种药物的特点，puro可以掺入蛋白质翻译过程，并导致蛋白质翻译终止，而带有puro的多肽会从核糖体中释放出来，结合新型抗 puro 单克隆抗体，便开发出了以 PS 水平为读数、具有单细胞分辨率的复杂代谢分析的简便方法SCENITH（图1）。

作者利用代谢抑制剂（2-DG和Oligomycin）证明细胞内ATP和PS水平相关性很高（r=0.985; p < 0.0001）。作为平行对照，分别利用Seahorse和SCENITH检测人活化T细胞的代谢特征，两种方法计算出的T细胞酵解容量结果趋势一致，且相关性高（Spearman r2 = 0.85, p < 0.01）。

图1. SCENITH 实验设计

SCENITH通过流式细胞仪并行研究多种细

胞类型的代谢反应

SCENITH设计用于进行体内外代谢研究，尤其是针对全血/组织样本中的稀有细胞，避免了培养基带来的代谢偏差。作者也对来自患者实体瘤中的髓系细胞进行了SCENITH分析，发现了不同的代谢特征，其中癌旁组织巨噬细胞较肿瘤相关巨噬细胞具有更高的糖酵解能力，而肿瘤相关巨噬细胞糖酵解能力的下降与免疫抑制相关，也与肿瘤进展和预后不良有关。

接下来作者将SCENITH与单细胞转录组分析相结合。发现SCENITH获得的功能性代谢谱和单细胞转录组获得代谢基因相关表达谱高度相关，结果表明肿瘤微环境通过持久影响代谢基因的表达来调控巨噬细胞代谢水平（图5）。

图 5. 肿瘤和癌旁组织样本中并行进行 SCENITH 和 scRNA 测序代谢图谱检测

SCENITH 是一种用于复杂免疫代谢谱分析的简单方法。它允许用户同时建立表型，并在体外平行提取多种细胞类型的全局代谢谱。这种快速灵敏的方法与Seahorse技术具有一致性和可比性，因此可以作为Seahorse在全血/组织等稀有临床样品的代谢谱补充检测法。另外，大多数研究机构和医院都有流式细胞仪，因此SCENITH 是一种便捷以及低成本的能量代谢检测方法。SCENITH 还具有灵敏度高、易操作、单细胞分辨率高、只需一个荧光通道、读数稳定、操作时间短、与固定和分选兼容等优点，因此是研究组织细胞和体内复杂群体的整体代谢的无与伦比的方法。