摘要在单细胞层面同步解析蛋白质组与代谢组图谱对于破译细胞异质性、阐明疾病作用机制至关重要。但在同一单细胞中开展高深度双组学分析目前仍面临巨大挑战。本文建立了单次进样混合模式单细胞蛋白质组-代谢组分析技术hybrid-scPMA在单次液相色谱-质谱联用分析流程中采用「 数据非依赖采集DIA模式检测蛋白酶解多肽同时利用数据依赖采集DDA」模式分析代谢物实现单细胞蛋白质组与代谢组的深度解析。基于该技术本研究搭建了套优化的单细胞多组学分析流程整合自动化单细胞捕获、简化样品前处理、液相进样与分离、DIA-DDA混合模式质谱检测大环节。利用该方法对人肝癌HepG2单细胞进行检测平均可鉴定出3,510个蛋白质与255种代谢物相较现有技术分子鉴定深度得到大幅提升。本研究进一步利用该技术对经索拉非尼药物干预的HepG2单细胞开展时序动态蛋白质组与代谢组图谱分析在单细胞水平解析细胞的药物响应特征并从蛋白-代谢联合组学角度为揭示药物作用机制提供多组学依据。fangqunzju.edu.cnsrrshlxzju.edu.cnkelvonpanzju.edu.cn#单细胞多组学 #蛋白质组学 #代谢组学 #混合质谱采集 #液相色谱串联质谱 #索拉非尼 #肝细胞癌引言图1 单次进样混合模式单细胞蛋白组-代谢组分析技术hybrid-scPMA工作原理该技术可同步获取单细胞的蛋白质组与代谢组信息。流程包含单细胞捕获与前处理、液相色谱-串联质谱数据采集2大模块经液相分离后质谱分为2个检测区域分别采用DIA模式分析蛋白质、DDA模式分析代谢物最终整合双组学数据开展网络分析、联合通路分析等生物信息学解析并探究索拉非尼药物干预下的分子变化规律。结果与讨论单次进样混合模式单细胞蛋白质组与代谢组分析图2 单次进样混合模式hybrid-scPMA技术性能验证结果(A) 单个人肝癌HepG2细胞经hybrid-scPMA检测得到的所有多肽离子与代谢物离子色谱图(B) 5个HepG2单细胞蛋白表达量的皮尔逊相关系数热图(C) 5种肝癌细胞9810、HepG2、HuCCT1、RBE、SK单细胞的蛋白定量数量对比分别统计混合模式与传统DDA模式的蛋白鉴定数目(D) 混合模式与单一DDA模式鉴定蛋白的韦恩图(E) 基于hybrid-scPMA蛋白质组数据对5种单细胞进行均匀流形逼近与投影UMAP降维聚类分析(F) 基于传统单DDA模式蛋白质组数据对5种单细胞进行UMAP降维聚类分析(G) 基于hybrid-scPMA代谢组数据对5种单细胞进行UMAP降维聚类分析。索拉非尼干预的时序动态单细胞双组学图谱分析图3 索拉非尼时序干预下的单细胞双组学动态图谱(A) 5个药物干预时间点0 h、3 h、6 h、12 h、24 h样本中定量得到的蛋白组与代谢物数量统计(B) 基于蛋白质组数据的细胞UMAP降维分析按药物干预时长进行分组着色(C) 基于代谢组数据的细胞UMAP降维分析按药物干预时长进行分组着色(D) 基于蛋白质组数据的细胞拟时序分析UMAP可视化结果(E) 基于代谢组数据的细胞拟时序分析UMAP可视化结果(F) 差异表达蛋白与差异代谢物的聚类分析结果(G) 基于分子聚类结果、特征分子表达量绘制的热图以及对应富集的代谢通路。单细胞双组学解析索拉非尼的剂量效应与作用机制图4 单细胞双组学解析不同剂量索拉非尼的作用效应(A) 基于蛋白质组数据10%抑制浓度IC₁₀组差异蛋白的火山图展示P值与倍数变化的关联(B) 基于蛋白质组数据半数抑制浓度IC₅₀组差异蛋白的火山图展示P值与倍数变化的关联(C) IC₁₀组、IC₅₀组上调/下调差异蛋白的GO功能富集分析结果(D) GO富集排名前5的功能条目弦图(E) IC₁₀组KRAS信号通路下调基因集的基因集富集分析GSEA结果(F) IC₅₀组KRAS信号通路下调基因集的GSEA分析结果(G) 基于代谢组数据IC₁₀组差异代谢物的火山图(H) 基于代谢组数据IC₅₀组差异代谢物的火山图(I) IC₁₀组与 IC₅₀组单细胞内索拉非尼药物分子的表达量对比(J) IC₅₀组中差异脂质分子的种类与数量统计(K) IC₁₀组差异蛋白与差异代谢物的联合通路富集分析结果(L) IC₅₀组差异蛋白与差异代谢物的联合通路富集分析结果。详细总结思维导图参考Anal Chem. 2026 May 12;98(18):13495-13505. doi: 10.1021/acs.analchem.5c08090.Simultaneous In-Depth Single-Cell Proteomic and Metabolomic Analysis注AI辅助创作如有不当欢迎指出。内容仅供参考不构成任何建议。