人乳含有多种活细胞，有助于婴儿营养、免疫保护以及母婴健康，然而在这种富含脂质且异质性的生物流体中，其细胞生物学特性仍难以解析。在此，我们改良了关联光、电子和离子显微镜技术（CLEIM），用于人乳细胞（HMCs）的纳米级成像和代谢谱分析，并将这些空间测量与单细胞转录组分析相结合。该工作流程结合了用于细胞类型鉴定的共聚焦显微镜、用于超微结构映射的电子显微镜（EM）、用于空间元素和同位素分析的纳米级二次离子质谱（NanoSIMS）以及用于转录解释的单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）。利用该平台，我们生成了 HMCs 的超微结构图谱，包括泌乳细胞、中性粒细胞、巨噬细胞、树突状细胞以及类似细菌的结构。NanoSIMS 揭示了富含硫和铁的中性粒细胞颗粒，这与抗菌功能一致。稳定同位素追踪进一步揭示了 HMCs 中不同的代谢特化：13C-葡萄糖衍生的碳优先掺入巨噬细胞脂滴，这得到了脂质处理转录特征的支持，而15N-氨基酸追踪则鉴定出与翻译和分泌程序相关的代谢活跃泌乳细胞亚群。这些发现揭示了人乳中常规谱分析方法无法捕捉的细胞和代谢异质性。更广泛地说，这项工作建立了一个空间多模态框架，用于连接复杂生物流体中的细胞身份、超微结构、代谢活性和转录状态，为未来人乳生物学和母婴健康研究奠定了基础。
