药物开发和生物制品表征：质谱流式应用文章分析——神经免疫：组织表征-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。

免疫细胞包括多样化的细胞亚群，它们通过细胞因子介导的互作和直接的细胞-细胞相互作用，与其他免疫和非免疫细胞协同行使生物学功能。大脑由影响大脑发育、组织平衡和神经元活动的常驻和浸润免疫细胞组成。中枢神经系统（CNS）紊乱会引发广泛的疾病，包括情绪障碍、脑血管疾病、多动症和自闭症等神经发育疾病，焦虑抑郁、精神错乱、成瘾等精神类疾病，阿尔茨海默（AD）、帕金森（PD）、亨廷顿病（HD）等神经退行性疾病。而这些严重危害人类健康，造成沉重的社会负担。越来越多的证据表明，免疫系统在中枢神经系统发育和功能中的作用（图1）。因此，免疫调节作为治疗中枢神经系统紊乱疾病的一种治疗策略，已经得到越来越多的关注。

图1. 质谱流式细胞术免疫系统在中枢神经系统的作用

质谱流式技术可以对复杂的免疫网络中的其单个细胞成分进行描述，该技术的出现使得对大脑的高维分析成为可能，从而使人们对神经-免疫相互作用的理解达到新的水平。

2017年，来自以色列理工学院的Asya Rolls团队使用44个细胞表面标记来表征幼稚小鼠大脑的免疫群体，以绘制大脑免疫区室的高维单细胞表征。文章确定了大脑区室中的各种免疫细胞亚群，表征了这些细胞亚群的独特特征，并将其组成与外周血中的组成进行了比较。这种广泛的分析能够揭示以前未表征的浸润免疫群体，证明常驻髓细胞和浸润细胞的表型的范围和丰富性，并将CD44鉴定为区分幼稚大脑内常驻免疫细胞和浸润免疫细胞的标志物。2018年，该团队在Nature Protocol上发表了对脑中免疫细胞的质谱流式分析流程。文章提供了一个分步骤的描述，介绍了分析小鼠脑区的质谱流式实验方法。该程序的不同阶段包括脑灌注、提取脑组织并将其分离成单细胞悬液，然后用金属标记的抗体进行细胞染色，用质谱仪读取样品，用SPADE和viSNE进行数据分析。这个过程需要<5小时（不包括数据分析），可用于研究正常和病理条件下大脑免疫群体的变化（图2）。

图2. 质谱流式细胞术使用CyTOF分析脑室的实验示意图

中枢神经系统（CNS）包含多种免疫细胞类型，在组织稳态、免疫防御和神经系统疾病中具有不同的作用。绘制整个大脑的白细胞图一直是个挑战，特别是在病理学中，表型变化和血源细胞的涌入阻碍了对反应性白细胞群的明确区分。有研究应用高维单细胞质量和荧光细胞仪，与遗传命运图谱系统并行，来识别、定位和描述哺乳动物中枢神经系统内多个不同的免疫群体。使用这种方法，文章发现小胶质细胞、边界相关巨噬细胞的几个亚群和树突状细胞在稳定状态下共存于中枢神经系统，并在衰老过程中以及在阿尔茨海默病和多发性硬化症模型中表现出疾病特定的转变（图3）。

图3. 质谱流式细胞术可识别稳态中枢神经系统相关细胞多样性

小胶质细胞是中枢神经系统的常驻先天免疫细胞，在维持中枢神经系统完整性和功能方面具有重要作用。它们参与去除凋亡神经元，完善突触连接并为记忆和运动学习提供营养支持。有研究通过质谱流式技术测定人小胶质细胞区域异质性和表型。该研究使用两个不同的抗体组合（35个抗体/组合）对样本进行染色。A组旨在检测主要的循环免疫细胞亚群（T和B细胞，单核细胞，自然杀伤（NK）细胞）和小胶质细胞，使用增殖标志物，活性相关标志物，趋化因子受体和细胞亚群标志物，包括P2Y12，IRF4，IRF8，CD45，CD3，CD62L，CD19，HLA-DR，CD56，cyclin A&B1以及Ki-67。B组旨在使用35种抗体分析小胶质细胞和先天免疫细胞亚群的表型，包括TMEM119，CD172a，CD279（PD-1），CD274（PD-L1），arginase-1，CCR7，CD44，CD18和CD32（图4）。文章对来自不同大脑区域的小胶质细胞进行了大规模的单细胞免疫分析，确定了小胶质细胞的表型特征。

图4. 质谱流式细胞术人脑小胶质细胞的质谱流式分析

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