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：神经相关疾病-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。

脑部恶性肿瘤可以起源于中枢神经系统（胶质瘤）或从身体的其他位置侵入（转移），高度免疫抑制的肿瘤微环境（TME）影响着脑瘤的生长。TME主要是由中枢神经系统微环境还是由恶性肿瘤本身形成，以及中枢神经系统肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）的多样性、起源和功能都是未知的。因此，有研究组利用质谱流式技术绘制了脑瘤的免疫细胞图谱（图2）。

图2.质谱流式细胞术揭示了脑瘤免疫细胞图谱

研究首先获得38名接受神经外科手术的患者身上采集新鲜切除的组织，设计了两个CyTOF抗体组合，在单细胞水平上测量了74个参数。第一个抗体组合以髓细胞为重点，以捕获大脑TME中的整个吞噬细胞谱，以及谱系识别标记物，以绘制主要的白细胞群及其相对细胞频率。第二个抗体组合以淋巴细胞为重点，旨在深入探究淋巴细胞亚群分布（图3）。结果表明TME内组织驻留和入侵的免疫细胞的异质性组成，就可以明确区分胶质瘤和脑转移瘤（BrM）。胶质瘤TME主要表现为组织驻留的反应性小胶质细胞。组织侵入的TAMs显示出独特的特征轨迹，揭示了其对肿瘤的影响以及对淋巴细胞激活的调控。

图3. 质谱流式细胞术抗体组合（部分）

进一步，有研究组利用质谱流式成像技术表征来自患者的 139 例高级别胶质瘤和 46 例脑转移肿瘤的免疫学景观。该研究对高维组织病理学图像中的 1多万个细胞进行单细胞分析，实现了免疫谱系和激活状态的空间分辨率，揭示了原发性肿瘤和各种实体癌脑转移瘤之间免疫景观的差异（图4）。

图4. 质谱流式细胞术成像揭示大脑TME内的细胞动力学

有研究使用单细胞质谱细胞术揭示小鼠神经炎症和神经变性模型中不同的脑髓细胞群。该研究使用39个抗体进行染色，比较了多发性硬化症的实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）模型、亨廷顿病（HD）的R6/2模型和肌萎缩侧索硬化症（ALS）的突变体超氧化物歧化酶1（mSOD1）模型中的髓细胞群的变化，确定了三种专属于中枢神经系统的骨髓细胞群，并存在于每个疾病模型中（图5）。

图5. 质谱流式细胞术实验流程示意图

先天性和适应性免疫在帕金森病（PD）中起着至关重要的作用。然而，关于PD外周血中特异性免疫细胞分类的研究仍然缺乏。有研究使用质谱细胞术染色技术对不同发病年龄帕金森病患者外周血中的细胞群进行准确的免疫分型。文章表征了60个细胞簇，发现PD的免疫特征变化，包括效应CD8 T细胞减少，细胞毒性自然杀伤（NK）细胞降低和PD患者活化单核细胞增加（图6）。

图6. 质谱流式细胞术不同发病年龄帕金森病的特异性免疫状态

阿尔茨海默病是一种无法治愈的神经退行性疾病，神经炎症在其中起着关键作用。然而人们对适应性免疫反应在阿尔茨海默病中的贡献知之甚少。因此，有研究利用对多个队列的综合分析，确定了阿尔茨海默病的外周和中枢适应性免疫变化。该研究对外周血单核细胞进行了质谱流式分析，发现了阿尔茨海默病的免疫特征，包括CD8 T效应记忆CD45RA（TEMRA）细胞的数量增加。在第二个队列中，我们发现CD8+ TEMRA细胞与认知能力呈负相关。这些结果揭示了阿尔茨海默病患者血液和脑脊液中的适应性免疫反应（图7）。

图7.质谱流式细胞术 AD患者外周 CD8+TERAM细胞增加，与认知呈负相关

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