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精仪系欧阳证团队发文报道单细胞精细脂质组学技术

清华新闻网5月18日电 5月17日,清华大学精密仪器系质谱研究团队发文报道基于质谱的单细胞脂质组精细结构表征技术,实现了哺乳动物单细胞内脂质的大规模精细结构分析,解决了单细胞质谱领域长期面临的关键技术挑战。基于单细胞内多种类型脂质异构体的鉴定与相对定量,该团队实现了野生型非小细胞肺癌(HCC827)细胞群体中耐药细胞的精准识别,对癌症的精准诊疗具有重要意义。

随着人口老龄化和生活方式的转变,癌症已经成为威胁人类健康的主要因素。近年来,面向癌症的个体化、精准治疗蓬勃发展,而实现癌症精准治疗的关键在于根据癌症发生的部位、临床病理、基因突变和免疫特性等全面、准确对癌症进行分类,并评估组织中癌细胞的异质性。单细胞分析是研究细胞异质性生物学过程的关键技术,对生物学基础研究,疾病标志物筛查及新药研发等均有着重要意义。相对单细胞基因组、转录组和蛋白组分析,单细胞脂质组分析起步较晚,面临诸多技术挑战。脂质数量庞大,结构复杂,单细胞层面的脂质结构表征和定量分析仍面临诸多难点。

图1.单细胞脂质组精细结构表征技术。(a)单细胞脂质精细结构解析流程图,(b)基于电迁移和液滴辅助电喷雾(DAESI)的单细胞质谱分析。

质谱仪因其高灵敏度、高特异性和准确定量能力,已成为单细胞脂质组分析的主要技术。本研究利用自由基诱导解离、光化学衍生与多级质谱,结合细胞固定、细胞电迁移和按需电喷雾离子化等手段,发展了单细胞脂质组精细结构表征技术,在单细胞水平上实现了哺乳动物细胞中脂质的按需、高灵敏度检测,并获得了脂质脂肪酸链(fatty acyl chain)、sn-位置(sn-position)、碳碳双键位置(C=C location)等精细结构信息,为深入挖掘癌细胞间的异质性奠定了基础。

该研究利用这一新技术,对野生型(HCC827)和耐药型(HCC827/GR6)非小细胞肺癌(NSCLC)细胞开展了单细胞精细脂质组学分析,实现了基于脂质C=C异构体分析的敏感和耐药肺癌细胞区分。从野生型HCC827细胞中所检测的约9%的耐药细胞与文献报道的7~12%的结果高度一致,表明本研究在精准医疗方面具有重要应用价值。

图2.敏感型和耐药型NSCLC细胞的精准识别。(a-c)t-SNE降维聚类图,(a)由脂质分子相对含量分布计算而得,(b)由脂质sn位置异构体相对含量计算而得,(c)由脂质C=C位置异构体相对含量计算而得。

相关工作近期以“具有高结构特异性的单细胞质谱脂质组学”(Single-cell lipidomics with high structural specificity by mass spectrometry)为题发表在《自然•通讯》(Nature Communications)上。

本文第一作者为精仪系博士研究生李自帅,通讯作者为精仪系马潇潇副教授和欧阳证教授,合作者为化学系瑕瑜教授团队和中国科学院上海药物研究所沈爱军副研究员团队。本工作依托清华大学精密测试技术与仪器国家重点实验室开展,并获得国家自然科学基金委多个项目资助。

论文链接:

供稿:精仪系

编辑:李华山

审核:吕婷

2021年05月18日 16:40:01

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