質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù)服務(wù)的質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù)（mass cytometry，MC）就是將ICP-MS應(yīng)用到單個(gè)細(xì)胞的分析，原理是用純化的單元素同位素標(biāo)記抗體，然后使用ICP-MS檢測該元素離子峰。操作流程簡單，如圖1所示，首先細(xì)胞用帶有金屬元素（一般是鑭系金屬）的特異性抗體標(biāo)記3-4，然后被送入質(zhì)譜流式細(xì)胞儀，細(xì)胞以單個(gè)細(xì)胞液滴狀態(tài)被霧化后進(jìn)入高溫等離子體，產(chǎn)生自由原子，四級(jí)桿選擇只通過鑭系金屬質(zhì)量范圍內(nèi)的離子，去除其余離子，利用飛行時(shí)間質(zhì)譜（TOF mass spectrometry）檢測鑭系金屬離子的相對信號(hào)強(qiáng)度。
傳統(tǒng)流式細(xì)胞術(shù)用熒光基團(tuán)作為報(bào)告分子，通過對發(fā)射光強(qiáng)度定量以確定目標(biāo)分子的表達(dá)量，但熒光基團(tuán)發(fā)射譜常有重合，尤其是在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行多參數(shù)測量的情況下，難以區(qū)分多個(gè)熒光基團(tuán)。質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù)使用單一分子量的穩(wěn)定鑭系金屬代替熒光基團(tuán)作為報(bào)告分子，元素質(zhì)譜分析儀能夠通過分子量準(zhǔn)確區(qū)分不同原子質(zhì)量，并且不同鑭系金屬質(zhì)量沒有信號(hào)重疊，增加了定量的準(zhǔn)確性。
目前，質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù)可以同時(shí)對51個(gè)靶蛋白進(jìn)行檢測，每秒檢測1000個(gè)細(xì)胞，平均每天可檢測100個(gè)樣品，檢測限為100個(gè)拷貝分子，已經(jīng)過驗(yàn)證的鑭系金屬標(biāo)記抗體種類超過400種；除常規(guī)蛋白外，質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù)還可用于蛋白翻譯后修飾1，蛋白降解產(chǎn)物5，檢測細(xì)胞存活率，細(xì)胞大小，mRNA轉(zhuǎn)錄子表達(dá)量6，DNA合成速率7以及蛋白酶活性8等的測定。
質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù)（CyTOF，Cytometry by Time-of-Flight）是一種高通量單細(xì)胞多參數(shù)分析技術(shù)，通過金屬標(biāo)簽抗體替代傳統(tǒng)熒光標(biāo)記，結(jié)合質(zhì)譜檢測，突破熒光信號(hào)重疊的限制。
核心流程：
標(biāo)記細(xì)胞：
抗體偶聯(lián)穩(wěn)定金屬同位素（如鑭系元素：???Tb、???Ho等），替代傳統(tǒng)熒光染料。
單細(xì)胞懸液與金屬標(biāo)簽抗體孵育，標(biāo)記表面/胞內(nèi)蛋白、磷酸化位點(diǎn)等。
電離與檢測：
細(xì)胞逐個(gè)通過霧化器進(jìn)入等離子體，高溫電離為帶電離子。
離子經(jīng)**飛行時(shí)間質(zhì)譜（TOF）**按質(zhì)荷比（m/z）分離，檢測金屬信號(hào)。
數(shù)據(jù)分析：
金屬信號(hào)強(qiáng)度對應(yīng)蛋白表達(dá)量，結(jié)合單細(xì)胞分辨率，生成高維數(shù)據(jù)矩陣。
通過算法（如t-SNE、UMAP）進(jìn)行細(xì)胞亞群分型及功能解析。
核心作用：解碼單細(xì)胞的“多維身份”
1. 免疫圖譜繪制
免疫分型：同時(shí)檢測40+種標(biāo)記（如CD3、CD4、CD8、PD-1、Ki-67），精細(xì)劃分T細(xì)胞、B細(xì)胞、NK細(xì)胞等亞群。
功能狀態(tài)解析：分析細(xì)胞因子（IFN-γ、TNF-α）、磷酸化信號(hào)（pSTAT3、pERK）動(dòng)態(tài)。
案例：揭示腫瘤浸潤T細(xì)胞耗竭標(biāo)志物（如TIM-3、LAG-3）共表達(dá)模式。
2. 腫瘤微環(huán)境研究
異質(zhì)性解析：區(qū)分腫瘤細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞、免疫細(xì)胞及其相互作用。
耐藥機(jī)制挖掘：追蹤藥物處理前后腫瘤細(xì)胞信號(hào)通路（如PI3K/AKT/mTOR）變化。
案例：鑒定乳腺癌中化療耐藥相關(guān)的干細(xì)胞樣亞群。
3. 藥物開發(fā)與療效預(yù)測
靶點(diǎn)驗(yàn)證：多維度評(píng)估藥物對靶蛋白（如HER2、EGFR）及下游信號(hào)的影響。
生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)：篩選與治療響應(yīng)相關(guān)的細(xì)胞亞群特征（如高PD-L1+巨噬細(xì)胞比例）。
技術(shù)優(yōu)勢：超越傳統(tǒng)流式的“降維打擊”
核心優(yōu)勢詳解：
無信號(hào)重疊：金屬同位素質(zhì)量差異顯著，避免熒光溢漏，提升多參數(shù)檢測能力。
超高復(fù)用性：單次實(shí)驗(yàn)可同時(shí)分析細(xì)胞表型、功能狀態(tài)及信號(hào)通路激活。
樣本保護(hù)：固定后樣本可長期保存，適合回顧性研究和多中心協(xié)作。
精準(zhǔn)定量：金屬信號(hào)強(qiáng)度與抗體結(jié)合量嚴(yán)格線性相關(guān)，數(shù)據(jù)更可靠。
應(yīng)用場景：從科研到臨床的“多面手”
1. 基礎(chǔ)研究
發(fā)育生物學(xué)：追蹤胚胎發(fā)育中細(xì)胞命運(yùn)決定的分子軌跡。
免疫代謝：解析T細(xì)胞代謝重編程（如糖酵解 vs. 氧化磷酸化）與功能關(guān)聯(lián)。
2. 臨床轉(zhuǎn)化
疾病分型：基于單細(xì)胞特征定義新的疾病亞型（如紅斑狼瘡免疫亞群）。
療效監(jiān)控：動(dòng)態(tài)監(jiān)測CAR-T治療后患者免疫重建狀態(tài)。
3. 藥物開發(fā)
靶點(diǎn)篩選：高通量評(píng)估候選藥物對免疫細(xì)胞亞群的特異性影響。
毒性評(píng)估：檢測藥物對肝、腎細(xì)胞凋亡及應(yīng)激信號(hào)通路的激活。
未來趨勢：從單細(xì)胞蛋白組到多組學(xué)整合
CyTOF正與單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組（scRNA-seq）、空間組學(xué)技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)：
多組學(xué)關(guān)聯(lián)：蛋白表達(dá)與基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合分析。
空間分辨率：結(jié)合多重離子成像（IMC），揭示細(xì)胞在組織中的空間互作。
多路質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù)
正如蛋白質(zhì)組學(xué)中的非標(biāo)記定量，質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù)對靶點(diǎn)的定量準(zhǔn)確性也受到不同儀器離子化效率的差異、儀器狀態(tài)等的影響；同時(shí)，傳統(tǒng)的質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù)每次只能檢測一個(gè)樣品，通量較低。因此，質(zhì)量標(biāo)簽細(xì)胞條碼技術(shù)（mass-tag cellular barcoding，MCB）應(yīng)運(yùn)而生。
細(xì)胞經(jīng)過藥物等處理后，用多聚甲醛固定后，使用MCB試劑對不同樣本的細(xì)胞進(jìn)行條形碼標(biāo)記，然后將不同樣本混合后進(jìn)行常規(guī)質(zhì)譜流式細(xì)胞分析前處理和檢測。最終通過檢測條形碼對應(yīng)的元素離子，對細(xì)胞進(jìn)行樣品歸類。
質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù)服務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域
在醫(yī)學(xué)科研領(lǐng)域的應(yīng)用
尋找與疾病發(fā)生、發(fā)展、復(fù)發(fā)相關(guān)的生物標(biāo)志物（早期診斷、伴隨診斷、復(fù)發(fā)預(yù)測）
免疫系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，尋找與臨床結(jié)果相關(guān)的生物標(biāo)志物（治療有效人群篩選、藥效分析、預(yù)后評(píng)估）
輔助進(jìn)行疾病分型、分級(jí)
特定人群、部位的免疫特征分析（如孕婦、胎兒、腸道等）
在藥物研發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用
臨床前研究：
藥理學(xué)闡述（先導(dǎo)化合物、激酶抑制劑、抑制劑等）
藥物對免疫系統(tǒng)的影響分析
臨床研究：
臨床試驗(yàn)患者入組優(yōu)化
聯(lián)合用藥療效分析
治療后免疫動(dòng)態(tài)監(jiān)測，尋找與臨床結(jié)果相關(guān)的生物標(biāo)志物
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