在癌症研究中，細胞之間的異質性（heterogeneity）時常干擾研究結果，也導致研究的複雜性。因此科學家希望能夠透過單細胞分析的方式進一步了解癌症發生的機制，並減少細胞異質性帶來的干擾。隨著單細胞分析技術的發展，許多團隊都致力於開發了新的測量方式去檢測單細胞，而來自美國東北大學的 Nikolai Slavov 所帶領的團隊則開發了一個新的偵測單細胞蛋白體的技術： Single Cell Proteomics by Mass Spectrometry（SCoPE-MS）。
在介紹這項技術之前，我們必須先了解目前廣為大家使用的單細胞蛋白體檢測的技術，例如：CyTOF（Cytometry time of flight），single cell Western blot 以及 Proseek Multiplex 。這些技術最主要的特徵是都需要使用抗體進行辨識，然而作者認為抗體的使用有許多的限制，包括：細胞膜的通透能力，抗體的專一度以及同一個樣品辨識的蛋白種類有限等。在另一方面，作者認為質譜儀有許多優點可以開發成為單細胞蛋白質體分析的方法，其中包括：可以在同一時間分析單一細胞內所有蛋白質，可以利用離子精確的辨識蛋白之間的差異度，需要的樣本量少以及不需要抗體的辨識。因此，作者以質譜儀為藍本開發出一個單細胞蛋白質分析方法 SCoPE-MS。
這個方法最特別的地方並不在於質譜儀分析的方式，而是樣品準備以及純化的方式。由於單細胞蛋白質做譜儀分析的限制主要有二，其一是樣品蛋白量較少，在質譜儀分析之前，會經過管柱層析的方式分離，這會使蛋白樣品容易被吸附而導致嚴重損耗，並且質譜儀的分析需要兩段式分析，在第二次分析時也容易損耗，導致無法正確分析出單細胞蛋白質。為了解決這個問題，Nikolai Slavov的團隊使用物理性的音波降解（ultra-sonication）方式收集蛋白，進而減少在後續清理樣品的過程中增加損耗。其二是為了克服辨認與定量胜肽（peptide）同時進行的困難，利用載體細胞輔助並進行不同的標記（tandem mass tag, TMT），減少目標單細胞在分離或分析時的損耗。另外，為了減少其他細胞的蛋白對質譜儀分析的干擾，作者延長分離時間和分析時間，盡可能收集所有蛋白訊號，而不讓儀器誤認為是背景雜訊而忽略目標蛋白。
透過這些改變使得原本的質譜分析能夠從原本需要大量樣品變成能夠一次辨識與定量多組蛋白。同篇論文中，又另以分化中小鼠的胚胎幹細胞探討 mRNA與 protein的高度相關聯性（covariation），結語提出 SCoPE-MS方法能夠協助了解單一細胞基因表達或甚至分析蛋白體（proteome）作為細胞辨識用途，進而在未來有更多的運用和發展的潛力。
圖片來源：Budnik, B., Levy, E., & Slavov, N. (2017). Mass-spectrometry of single mammalian cells quantifies proteome heterogeneity during cell differentiation. （Fig.1a）
參考資料：
Budnik, B., Levy, E., & Slavov, N. (2017). Mass-spectrometry of single mammalian cells quantifies proteome heterogeneity during cell differentiation. doi:10.7287/peerj.preprints.2767
撰文｜林偉強
審稿｜陳帝亢
