药物开发和生物制品表征：质谱流式细胞术应用文章分析——癌症：肿瘤免疫图谱-百泰派克生物科技BTP
质谱流式技术（Mass Cytometry）在药物开发和生物制品表征中的潜力巨大。质谱流式细胞术将质谱技术与流式细胞仪相结合，能够实现对单个细胞的生化成分进行深入研究，帮助我们理解疾病机制，验证药物的效果，发现新的药物靶点以及增强生物制药质量控制。这在生物制品表征中非常有用，它可以帮助解决以下一些问题：
单细胞层次的分子表征：传统的质谱技术通常需要大量的样本以获取可靠的结果，而质谱流式技术则可以分析单个细胞的生化成分，这可以帮助我们更深入地理解细胞的生物学特性。
生物分子的定量分析：质谱流式技术可以对细胞内的生物分子进行定量分析，包括蛋白质、代谢物和其他生物分子。
细胞异质性的研究：细胞群体中的细胞并非完全相同，它们之间的差异可能影响疾病的发展和治疗的效果。质谱流式技术可以帮助我们研究这种细胞异质性。
百泰派克生物科技BTP采用基于Fluidigm Helios流式细胞仪（Mass Cytometry System for Single Cell Analysis）用于单细胞质谱分析，该平台能够完成包括单细胞捕获、cDNA合成、实时定量PCR分析、目标区域扩增以及质谱流式细胞分析。
癌症是全球范围内人类的主要死亡原因之一。在过去 30 年中，识别驱动基因修饰一直是癌症研究的核心目标，从而产生了癌症基因组图谱 （TCGA）和癌症体细胞突变目录 （COSMIC） 等，其中包括广泛的大规模、系统测序研究，这些研究构成了主要肿瘤类型突变异常的综合目录。
近年来，对于癌症的研究开始关注肿瘤-免疫过程（图1），尤其是肿瘤微环境（TME）中的免疫状态。免疫细胞异质性和各种细胞亚群的存在使TME免疫分析复杂化。此外，肿瘤团块内免疫的空间分布是显着影响免疫细胞获得促肿瘤或抗肿瘤功能的关键参数。考虑基因组学、转录组学、表观基因组学和蛋白质组学的多组学观点对于揭示TME的免疫复杂性是必要的。
图1. 质谱流式细胞术癌症免疫周期
肿瘤和免疫系统这两个交织系统相互作用的内在复杂性带来了相当大的挑战，需要全面的方法来检测肿瘤起始和进展期间以及治疗调节后的癌症免疫。几种已建立的新型高通量技术能够生成必要的数据，从而为机制理解提供基础，并最终增加受益于癌症免疫治疗的患者数量。二代测序（NGS）技术不仅提供了可以挖掘免疫相关参数的大型数据集。但也越来越多地用于临床环境，为癌症治疗提供信息。此外，单细胞RNA测序（scRNA-seq）和质谱流式技术（CyTOF）等新技术已经成熟，并首次能够在单细胞水平上精确表征分子过程。质谱流式技术已经在肿瘤的早期检测，免疫图谱绘制等多个领域被应用。
肿瘤免疫微环境（TME）是一个复杂的生态系统，由各种细胞类型，其分泌产物（例如细胞因子，趋化因子）以及细胞外基质（ECM）的其他非细胞成分组成。单细胞转录组学在TME研究中的应用已经对TME的细胞和分子复杂性产生了前所未有的分辨率，加速了对TME内不同细胞类型之间的异质性，可塑性和复杂交叉相互作用的理解（图2）。而质谱流式技术的出现可以从蛋白层面表征肿瘤免疫状态，透明细胞肾细胞癌，肺腺癌，乳腺癌，结直肠癌，肝癌等多种癌症的肿瘤免疫图谱已被报道。
图2. 质谱流式细胞术肿瘤微环境（TME）多组学分析的主要方法概述
2017年在Cell上同时发表了两篇论文开启了基于质谱流式技术绘制肿瘤免疫图谱的热潮。Bernd Bodenmiller团队使用质谱流式技术对73名透明细胞肾细胞癌（ccRCC）患者和3名健康对照的样本进行了深入的免疫分析（图3）。在5万个测量细胞中鉴定了17种肿瘤相关巨噬细胞表型、22种T细胞表型以及与无进展生存相关的独特免疫组成，从而提供了该疾病免疫肿瘤微环境的深入人类图谱（图3）。这项研究揭示了免疫疗法开发的潜在生物标志物和靶点，以及可用于其他肿瘤类型免疫分析的经过验证的工具。
图3. 质谱流式细胞术表征ccRCC TME中的T细胞和TAM的实验设计
Miriam Merad团队使用质谱流式技术检测了32名患者的肿瘤组织，包括肿瘤组织，正常肺组织和血液，提供早期肺部肿瘤的详细免疫细胞图谱（图4）。研究表明，I期肺腺癌病变已经具有显着改变的T细胞和NK细胞区室。确定了可能损害抗肿瘤T细胞免疫的肿瘤浸润性骨髓细胞（TIM）亚群的变化。
图4. 质谱流式细胞术单细胞分析的早期肺腺癌的先天免疫景观
研究发现在疾病的I期，肺腺癌病变的CD8+效应T细胞/Treg比率与正常肺组织相比强烈降低。这种T细胞比例的改变是由于表达颗粒酶B和IFNγ的CD8+T细胞明显减少，肿瘤部位的CD39hiCD38hiPD-1hiCTLA4hiFoxp3hi Tregs明显扩大。不同的TIL肿瘤特征伴随着肿瘤CD16+ NK细胞的显着改变，因为它们在肿瘤中强烈减少，并且与肺NK细胞相比，剩余的少数NK细胞表达的颗粒酶B水平较低，IFNγ较少。在不同的TNM阶段，居住在肺腺癌肿瘤病灶中的所有抗原呈递细胞亚群都有明显的变化。具体来说，I期肺腺癌病变中的CD141+DC明显减少，而PPARγhi巨噬细胞富集。配对单细胞分析为肿瘤驱动的免疫变化提供了有价值的知识，为免疫疗法的合理设计提供了强有力的工具。
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参考文献：
[1] Finotello, F., Rieder, D., Hackl, H. et al. Next-generation computational tools for interrogating cancer immunity. Nat Rev Genet 20, 724–746 (2019). https://doi.org/10.1038/s41576-019-0166-7
[2] Zhang Q, Ye M, Lin C, Hu M, Wang Y, Lou Y, Kong Q, Zhang J, Li J, Zhang Y, Yang T, Sun X, Yao W, Hua Y, Huang H, Xu M, Wang X, Yu X, Tao W, Liu R, Gao Y, Wang T, Wang J, Wei X, Wu J, Yu Z, Zhang C, Yu C, Bai X, Liang T. Mass cytometry-based peripheral blood analysis as a novel tool for early detection of solid tumours: a multicentre study. Gut. 2023 May;72(5):996-1006. doi: 10.1136/gutjnl-2022-327496. Epub 2022 Sep 16. PMID: 36113977; PMCID: PMC10086490.
[3] Wei X, Xie W, Yin W, Yang M, Khan AR, Su R, Shu W, Pan B, Fan G, Wang K, Yang F, Lu D, Li C, Pan L, Cen B, Xie H, Zhuang L, Zheng S, Zeng X, Chen W, Xu X. Prediction of tumor recurrence by distinct immunoprofiles in liver transplant patients based on mass cytometry. Am J Cancer Res. 2022 Sep 15;12(9):4160-4176. PMID: 36225628; PMCID: PMC9548010.
[4] Finotello F, Eduati F. Multi-Omics Profiling of the Tumor Microenvironment: Paving the Way to Precision Immuno-Oncology. Front Oncol. 2018 Oct 5;8:430. doi: 10.3389/fonc.2018.00430. PMID: 30345255; PMCID: PMC6182075.
[5] Chevrier S, Levine JH, Zanotelli VRT, Silina K, Schulz D, Bacac M, Ries CH, Ailles L, Jewett MAS, Moch H, van den Broek M, Beisel C, Stadler MB, Gedye C, Reis B, Pe'er D, Bodenmiller B. An Immune Atlas of Clear Cell Renal Cell Carcinoma. Cell. 2017 May 4;169(4):736-749.e18. doi: 10.1016/j.cell.2017.04.016. PMID: 28475899; PMCID: PMC5422211.
[6] Lavin Y, Kobayashi S, Leader A, Amir ED, Elefant N, Bigenwald C, Remark R, Sweeney R, Becker CD, Levine JH, Meinhof K, Chow A, Kim-Shulze S, Wolf A, Medaglia C, Li H, Rytlewski JA, Emerson RO, Solovyov A, Greenbaum BD, Sanders C, Vignali M, Beasley MB, Flores R, Gnjatic S, Pe'er D, Rahman A, Amit I, Merad M. Innate Immune Landscape in Early Lung Adenocarcinoma by Paired Single-Cell Analyses. Cell. 2017 May 4;169(4):750-765.e17. doi: 10.1016/j.cell.2017.04.014. PMID: 28475900; PMCID: PMC5737939.
[7] Gonzalez VD, Samusik N, Chen TJ, Savig ES, Aghaeepour N, Quigley DA, Huang YW, Giangarrà V, Borowsky AD, Hubbard NE, Chen SY, Han G, Ashworth A, Kipps TJ, Berek JS, Nolan GP, Fantl WJ. Commonly Occurring Cell Subsets in High-Grade Serous Ovarian Tumors Identified by Single-Cell Mass Cytometry. Cell Rep. 2018 Feb 13;22(7):1875-1888. doi: 10.1016/j.celrep.2018.01.053. PMID: 29444438; PMCID: PMC8556706.
[8] Neuperger P, Balog JÁ, Tiszlavicz L, Furák J, Gémes N, Kotogány E, Szalontai K, Puskás LG, Szebeni GJ. Analysis of the Single-Cell Heterogeneity of Adenocarcinoma Cell Lines and the Investigation of Intratumor Heterogeneity Reveals the Expression of Transmembrane Protein 45A (TMEM45A) in Lung Adenocarcinoma Cancer Patients. Cancers (Basel). 2021 Dec 29;14(1):144. doi: 10.3390/cancers14010144. PMID: 35008313; PMCID: PMC8750076.
[9] Krieg C, Nowicka M, Guglietta S, Schindler S, Hartmann FJ, Weber LM, Dummer R, Robinson MD, Levesque MP, Becher B. High-dimensional single-cell analysis predicts response to anti-PD-1 immunotherapy. Nat Med. 2018 Feb;24(2):144-153. doi: 10.1038/nm.4466. Epub 2018 Jan 8. Erratum in: Nat Med. 2018 Nov;24(11):1773-1775. PMID: 29309059.
[10] Shinko D, McGuire HM, Diakos CI, Pavlakis N, Clarke SJ, Byrne SN, Charles KA. Mass Cytometry Reveals a Sustained Reduction in CD16+ Natural Killer Cells Following Chemotherapy in Colorectal Cancer Patients. Front Immunol. 2019 Nov 5;10:2584. doi: 10.3389/fimmu.2019.02584. PMID: 31749810; PMCID: PMC6848231.
[11] Fienberg HG, Nolan GP. Mass cytometry to decipher the mechanism of nongenetic drug resistance in cancer. Curr Top Microbiol Immunol. 2014;377:85-94. doi: 10.1007/82_2014_365. PMID: 24578267; PMCID: PMC6676908.
[12] Stevens LE, Peluffo G, Qiu X, Temko D, Fassl A, Li Z, Trinh A, Seehawer M, Jovanović B, Alečković M, Wilde CM, Geck RC, Shu S, Kingston NL, Harper NW, Almendro V, Pyke AL, Egri SB, Papanastasiou M, Clement K, Zhou N, Walker S, Salas J, Park SY, Frank DA, Meissner A, Jaffe JD, Sicinski P, Toker A, Michor F, Long HW, Overmoyer BA, Polyak K. JAK-STAT Signaling in Inflammatory Breast Cancer Enables Chemotherapy-Resistant Cell States. Cancer Res. 2023 Jan 18;83(2):264-284. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-22-0423. PMID: 36409824; PMCID: PMC9845989.
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