免疫細(xì)胞,尤其是T細(xì)胞,在激活和分化過程中,其代謝表型會發(fā)生顯著變化——這些代謝表型的變化與免疫細(xì)胞執(zhí)行的功能和其命運(yùn)是相關(guān)的,研究這些代謝表型的變化有助于深入了解免疫細(xì)胞對抗病原體和癌細(xì)胞的方式。免疫代謝組學(xué)是代謝與免疫相結(jié)合的研究領(lǐng)域,近年來發(fā)展迅速。研究免疫細(xì)胞的代謝,首先要能夠便捷及時且明確地分析不同免疫細(xì)胞(如T細(xì)胞、B細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)的代謝狀態(tài)。在過去的幾十年里,包括流式細(xì)胞術(shù)、細(xì)胞外流量分析、質(zhì)譜法、單細(xì)胞RNA測序和質(zhì)譜流式細(xì)胞術(shù)等各種各樣的技術(shù)被有用于免疫代謝的研究,分析對象從蛋白質(zhì)到代謝物到脂質(zhì)到RNA,可以從不同方向了解免疫細(xì)胞代謝。
活細(xì)胞的新陳代謝研究
研究活細(xì)胞的新陳代謝,安捷倫的Seahorse技術(shù)是便捷實用、經(jīng)濟(jì)的選擇。Seahorse是借助熒光基團(tuán)同時分析細(xì)胞周圍介質(zhì)中的氧氣消耗率和質(zhì)子釋放,來測量細(xì)胞的兩種主要能量途徑——線粒體呼吸和糖酵解,這種方式使研究人員能夠?qū)崟r了解活細(xì)胞的生物能量狀態(tài),而無需添加標(biāo)簽。Seahorse技術(shù)允許在96孔板中對活細(xì)胞進(jìn)行簡便且經(jīng)濟(jì)的分析,可以使用內(nèi)置注入口來評估某種代謝調(diào)節(jié)物對細(xì)胞的直接“即時”影響,可以很快提供結(jié)果。與Agilent XF T 細(xì)胞代謝分析試劑盒結(jié)合使用時,Seahorse提供了多參數(shù)輸出,豐富的功能數(shù)據(jù)可以完全表征T細(xì)胞代謝譜。這些信息還可以作為一種常規(guī)檢測方法,用于優(yōu)化T細(xì)胞衍生療法的設(shè)計和制造。
研究免疫細(xì)胞中的蛋白質(zhì)、代謝物和脂質(zhì)
質(zhì)譜法用于蛋白質(zhì)組學(xué)研究的優(yōu)勢包括其特異性和靈敏度低至單分子水平,特別是高分辨率質(zhì)譜法。在過去的幾年里,對整個蛋白質(zhì)組的高分辨率質(zhì)譜研究已經(jīng)深入了解了T細(xì)胞在免疫反應(yīng)過程中如何在葡萄糖和脂肪酸代謝之間轉(zhuǎn)換?;诎l(fā)現(xiàn)的定量蛋白質(zhì)組學(xué)側(cè)重于識別蛋白質(zhì),并測量多個樣本集相對豐度的變化。免疫代謝研究中正在采用幾種基于發(fā)現(xiàn)的技術(shù),包括細(xì)胞培養(yǎng)中氨基酸的穩(wěn)定同位素標(biāo)記(SILAC)、串聯(lián)質(zhì)量標(biāo)簽的等壓標(biāo)記(TMT)和無標(biāo)記定量(LFQ)。代謝標(biāo)記的優(yōu)點(diǎn)是它可以以高精度確定蛋白質(zhì)的變化。此外,TMT方法允許研究人員在一次運(yùn)行中復(fù)用多達(dá)18個樣本。
質(zhì)譜法非常適合于高通量鑒定和定量代謝物和脂質(zhì)。賽默飛世爾科學(xué)公司組學(xué)應(yīng)用高級主管Thomas Moehring認(rèn)為:“高分辨率和精確的儀器,如基于軌道阱的質(zhì)譜儀,在這類應(yīng)用中是理想之選。。。當(dāng)與液相色譜或氣相色譜等分離方法相結(jié)合時,它們可以提供一組敏感而可靠的數(shù)據(jù),從中可以以可重復(fù)的方式識別和量化代謝物和脂質(zhì)。”
單細(xì)胞分析
許多主要的免疫代謝研究都是針對批量樣本的分析,但就如大廠里的員工雖然遠(yuǎn)看長得差別不大但實際各司其職、作用不同,免疫細(xì)胞特別是T細(xì)胞的豐富多樣性使得研究人員對細(xì)胞群體中的單個細(xì)胞行為尤為感興趣。單細(xì)胞分析同樣可以在免疫代謝研究中大顯身手。“單細(xì)胞分析可以更好地了解特定細(xì)胞類型在引入疾病或治療時發(fā)生的情況。”
單細(xì)胞RNA測序(scRNA-seq)是當(dāng)下大熱的單細(xì)胞分析方法之一,可以高通量運(yùn)行同時在每個細(xì)胞中檢測多達(dá)5000個基因的轉(zhuǎn)錄組信息,雖然轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)可能不一定是新陳代謝的直接代表,但可以提供與代謝相關(guān)的蛋白質(zhì)的有用線索,甚至幫助找出導(dǎo)致新陳代謝變化的相關(guān)線索。10x Genomics先進(jìn)的單細(xì)胞分析技術(shù)除了可以開展高分辨率的免疫細(xì)胞表征,其實更有意思的是Chromium scFFPE-seq、空間分析(Visium FFPE)和Xenium原位分析解決方案,研究人員能夠采用三重互補(bǔ)技術(shù)對FFPE組織塊進(jìn)行分析——從而了解在實際病理組織中免疫細(xì)胞的代謝相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄組線索與所在空間位置之間的關(guān)系,更深入理解免疫細(xì)胞在不同的位置下代謝與功能之間的關(guān)系。
單細(xì)胞蛋白質(zhì)的高通量分析仍處于起步階段。高通量單細(xì)胞分離技術(shù)的發(fā)展使得高通量單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)/單細(xì)胞質(zhì)譜逐漸可行。例如cellenONE的proteoCHIP LF 48就是為單細(xì)胞質(zhì)譜分析而開發(fā)的自動化完整解決方案,能夠借助顯微鏡圖像以無標(biāo)簽的方式實現(xiàn)選擇和分離感興趣的單個細(xì)胞樣品制備,分離后的細(xì)胞可直接連接到 LC-MS/MS系統(tǒng)的自動進(jìn)樣器中進(jìn)行后繼的單細(xì)胞質(zhì)譜分析
更強(qiáng)大的是質(zhì)譜流式細(xì)胞術(shù)(質(zhì)譜流式),一種高通量單細(xì)胞蛋白質(zhì)分析技術(shù)。它利用稀有金屬標(biāo)簽抗體標(biāo)記細(xì)胞表面和內(nèi)部的蛋白標(biāo)志物,通過飛行時間(TOF)質(zhì)譜儀和檢測器進(jìn)行單細(xì)胞分析。由于采用穩(wěn)定的金屬標(biāo)簽和質(zhì)譜檢測系統(tǒng),質(zhì)譜流式各檢測通道之間幾乎沒有重疊,背景可以忽略不計,輕松實現(xiàn)單個細(xì)胞超過 40 種蛋白的同時檢測,系統(tǒng)全面地分析病理狀態(tài)下各類免疫細(xì)胞在表型和功能上的變化。 近年來已在200多個臨床試驗中使用,取得了令人興奮的進(jìn)展。
Standard BioTools™蛋白質(zhì)組學(xué)產(chǎn)品營銷總監(jiān)Marla Lubinsky表示::“考慮到質(zhì)量細(xì)胞術(shù)不像熒光流式細(xì)胞術(shù)那樣受到自身熒光或光譜重疊的影響,它可以獲得更可靠的高參數(shù)免疫分析見解。” 研究人員可以使用Maxpar®Direct™免疫分析分析™輕松地將免疫分析添加到他們的研究中,這是一種經(jīng)過驗證的30個標(biāo)記的免疫分析分析,分析時間僅為5分鐘。“這種全面可靠的免疫分析方法縮短了獲得結(jié)果的時間,降低了大型研究的成本。”
組合不同技術(shù),建立最佳方法
“這些不同的技術(shù)提供了不同的見解,因此它們相輔相成,提供了一個更完整的故事。所以,它們都是重要的途徑。” 根據(jù)研究的需要選擇適合的技術(shù)組合,必將為免疫代謝研究帶來新的突破。
(文章來源:www.ebiotrade.com)
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