Nature Methods：绘制单细胞代谢图谱的新方法

　　

来自欧洲分子生物学实验室（EMBL）和德国癌症研究中心（DKFZ）的科学家近日在《Nature Methods》上发表文章，提出了一种绘制单细胞代谢图谱的新方法。

这种名为“SpaceM”的方法结合了荧光显微镜和特殊形式的质谱，每小时可分析1,000多个细胞中的100多种代谢物和脂质。他们希望未来可通过这种方法来更好地回答各种生物医学问题。

如今，许多生物医学研究将注意力放在单个细胞的代谢产物上。在过去，它们仅仅被视为降解产物或合成复杂细胞分子的组件，现在才知道它们还作为信号分子支持和确定细胞功能，从而对维持身体的健康平衡做出重要贡献。

德国癌症研究中心的Mathias Heikenwalder表示：“代谢物能够调控表观遗传学。它们还能调节免疫系统，控制炎症，因此也与致癌有关。基于这个原因，在过去的几年中，代谢物图谱分析已经成为许多研究学科的关注热点。”

令人惊讶的是，器官或组织中的单个细胞并没有统一的代谢物图谱，相反，它们在涉及到多种代谢物和脂质的广泛性图谱中往往表现出明显的异质性。单个细胞的代谢物图谱取决于其在器官中的定位。

因此，为了评估器官或组织的状况，有必要评估大量单个细胞的代谢图谱，并同时记录它们在组织网络中的定位。通过“SpaceM”，研究人员提出了一种以高通量方式开展这些分析的新颖方法，适用于各种贴壁细胞，特别是肝细胞。

这种方法结合使用了荧光显微图像和一种称为MALDI-成像（基质辅助激光解吸/电离）的特殊形式质谱。通过这种新颖的方法，研究人员每小时可检测来自1000多个单细胞的100多种代谢物。将来，他们甚至可实现亚细胞水平上的测量。

为了验证新方法，研究团队研究了用脂肪酸和促炎细胞因子刺激的人类肝细胞群，作为非酒精性脂肪肝和非酒精性脂肪性肝炎的体外模型。他们利用SpaceM获取了近3万个单细胞的代谢物图谱。四分之一的细胞有明显的脂质变化，清晰地显示出一种被称为脂肪变性的炎症变化。

当他们用促炎细胞因子IL17A进一步刺激这些细胞时，几乎所有细胞都转变为炎症表型。他们能够通过标准的测量方法来精确测定小鼠炎症性肝病发展过程中的序列变化。

“SpaceM为空间单细胞代谢组学提供了新的能力。同时，它是经济高效的，并使用现有的仪器，”欧洲分子生物学实验室的的Theodore Alexandrov说。“我们预计，这种方法和开源算法将在全球范围内普及单细胞代谢组学，以回答各种紧迫的生物医学问题。”

＃＃＃

Rappez, L., Stadler, M., Triana, S. et al. SpaceM reveals metabolic states of single cells. Nat Methods (2021). https://doi.org/10.1038/s41592-021-01198-0