免疫代谢分析:新技术和新进展

【字体: 时间:2023年05月24日 来源:生物通

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  近年来,免疫代谢(immunometabolism)领域一直在迅速发展,它涉及到代谢与免疫的整合。那么,如何了解不同免疫细胞的代谢状态,如T细胞、B细胞、树突状细胞和巨噬细胞?

自20世纪60年代以来,人们已经观察到白细胞在细胞分裂前急剧增大,这表明新陈代谢发生了显著变化。据安捷伦公司细胞分析部门的产品经理Alice Gao博士介绍,在免疫细胞(特别是T细胞)激活和分化的过程中,其代谢表型发生了惊人的变化。这将影响到它们如何对抗病原体和癌细胞。

近年来,免疫代谢(immunometabolism)领域一直在迅速发展,它涉及到代谢与免疫的整合。那么,如何了解不同免疫细胞的代谢状态,如T细胞、B细胞、树突状细胞和巨噬细胞?

在过去几十年内,人们已率先采用多种技术来研究免疫代谢,包括流式细胞术、细胞外流量分析、质谱分析、单细胞RNA测序和质谱流式分析等。不过,这些技术在成本和可行性方面都存在很大差异。那么,我们现在来看看有哪些先进技术在推动这个新兴领域。

探索活细胞中的代谢

“在过去十年里,我们看到了免疫代谢领域的巨大进步,”Gao博士指出。“Seahorse XF分析仪为建立这些基础知识做出了重大贡献。”

Seahorse XF分析仪通过测定多孔板中活细胞的耗氧率(OCR)和细胞外酸化率(ECAR)来探索线粒体呼吸和糖酵解等关键细胞功能。这些方法让研究人员能够了解活细胞的生物能量状态,而不需要对细胞进行标记。

Seahorse技术能够在96孔板中实现轻松且经济的细胞分析。它还利用内置的加药口来阐明代谢调控的直接效果。此外,Gao博士强调,“Seahorse分析仪提供了更丰富的功能数据,这是其他技术无法比拟的”。

她还表示,与质谱分析及其他蛋白质组学方法相比,Seahorse XF分析容易开展,并能迅速提供结果,通常是在一两天内。与Seahorse XF T细胞代谢分析试剂盒一起使用,Seahorse XF分析能够提供多参数的结果,全面表征T细胞的代谢状况。“这些可作为一种常规分析方法来优化T细胞疗法的设计和制造,”Gao博士谈道。

蛋白质、代谢物和脂类的质谱分析

在蛋白质组学研究中,质谱分析的优势包括特异性高,灵敏度可达单分子水平。特别是高分辨率质谱,质荷比可以达到小数点后四位。在过去几年里,对整个蛋白质组的高分辨率质谱分析帮助人们了解T细胞如何在葡萄糖和脂肪酸代谢之间转换。

赛默飞组学应用部门的高级主管Thomas Moehring指出,目前的免疫代谢研究采用了几种发现型技术,包括细胞培养条件下的稳定同位素标记(SILAC)、串联质谱标签的同位素标记(TMT),以及无标记定量(LFQ)。代谢标记的优势在于它能够精确定量蛋白质变化。此外,TMT方法在单次运行中能够分析多达18个样本。

最后,Moehring指出,质谱分析特别适合代谢物和脂类的高通量鉴定和定量。“Orbitrap质谱仪这样的高分辨率仪器是理想之选,”他解释说。“在与液相色谱或气相色谱等分离方法结合使用时,它们可以提供一组灵敏而强大的数据,从中鉴定和定量代谢物和脂类。”

单个细胞的免疫代谢分析

尽管许多重要的免疫代谢研究都涉及到大量样本的分析,但研究人员也开始对单个细胞产生了兴趣。这就是单细胞分析发挥作用的地方。据Standard BioTools公司(之前的Fluidigm公司)的蛋白质组学产品营销总监Marla Lubinsky介绍,“单细胞分析有助于我们了解特定的细胞类型在病变或治疗时发生了什么。”

单细胞RNA测序(scRNA-seq)是一种成熟的单细胞方法,现在可检测每个细胞中多达5,000个基因。不过,这种方法的成本比较高,而转录数据也不大能直接代表代谢。

对单细胞内的蛋白质进行高通量分析,目前仍在起步阶段。不过,质谱流式细胞技术(mass cytometry)在近几年带来了一些令人兴奋的新进展。这项技术融合了流式细胞术和质谱技术,简单来说是利用质谱原理对单细胞进行多参数检测的流式技术。它既继承了流式细胞仪高速分析的特点,又具有质谱检测的高分辨能力。

与传统的流式细胞仪不同,质谱流式细胞仪使用的是飞行时间(TOF)质量分析仪和检测器。此外,流式细胞术主要使用各种荧光基团作为标签,而质谱流式细胞术使用各种金属元素作为标签。“考虑到质谱流式细胞术不容易受到自发荧光或光谱重叠的影响,它可以捕获更可靠的信息用于多参数的免疫分析,”Lubinsky解释说。

Lubinsky还指出,研究人员可以使用Maxpar® Direct™一站式免疫分型系统来轻松开展免疫分析。这是一种经过验证的免疫分析产品,覆盖30个标志物,分析时间仅为5分钟。“这种全面而可靠的免疫分析方法缩短了获得结果的时间,降低了大型研究的成本。”

选择最佳的方法

最后,Gao博士强调了采用不同技术来确认研究结果的重要性。例如,最近的T细胞研究表明,用Seahorse分析仪测定的代谢变化与通过质谱流式细胞术观察到的蛋白质水平变化之间存在一致性。“不同的技术带来了不同的见解,它们互相补充,提供了一个更完整的故事。因此,它们都是重要的方法,”Gao博士总结道。


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