在生命科学的微观世界里，单细胞蛋白质组学（SCPs）的发展就像一场探索未知大陆的旅程。以往，SCPs 大多只能测量蛋白质的丰度，如同只看到了冰山一角，对于蛋白质周转（由蛋白质合成和降解的平衡所定义，在细胞功能、众多生物过程及疾病如癌症中发挥关键作用）这一重要领域却知之甚少。尽管质谱（MS）技术不断进步，但现有的研究方法仍无法满足全面了解细胞内蛋白质动态变化的需求。为了填补这一空白，来自丹麦哥本哈根大学诺和诺德基金会蛋白质研究中心等多个机构的研究人员展开了深入探索，相关成果发表在《Cell》杂志上。
研究人员采用脉冲式细胞培养氨基酸稳定同位素标记（pSILAC）的方法，结合高灵敏度 MS 仪器和数据非依赖采集（DIA）技术，开发出了能够在单细胞水平同时分析蛋白质丰度和周转的 SC-pSILAC 技术。这一技术的关键在于通过切换细胞培养基中氨基酸的同位素标记，利用质谱检测轻、重标记的差异，从而获取蛋白质周转信息。
在研究结果方面：

• pSILAC 适用于 SCP 分析：研究人员利用 pSILAC 技术对 HeLa 细胞进行分析，发现可检测和定量轻、重标记，且单细胞中的 SILAC 比率与多细胞及批量分析结果一致，证明了 pSILAC 在单细胞研究中的可行性。

• SC-pSILAC 评估单细胞蛋白周转并提供补充信息：通过计算轻、重 SILAC 标记的比率（相对周转），研究人员发现该方法能反映蛋白质的周转和半衰期信息。同时，对不同处理的细胞进行分析，发现 SC-pSILAC 在捕捉蛋白周转信息方面比单纯的丰度测量更可靠，且受样本量影响较小。

• SC-pSILAC 突出治疗特异性的蛋白质周转变化：研究人员用硼替佐米和环己酰亚胺处理细胞，发现 SC-pSILAC 能够区分不同处理对蛋白质周转的影响，并通过基因本体（GO）富集分析揭示了相关蛋白质的功能变化。例如，硼替佐米处理后，参与核小体组装的蛋白质周转变慢；环己酰亚胺处理后，胶原蛋白变体等蛋白质周转变化明显。

• 蛋白酶体和翻译抑制剂破坏单细胞中的蛋白质周转：分析用蛋白酶体抑制剂硼替佐米和蛋白质翻译抑制剂环己酰亚胺处理的 HEK293T 细胞，发现处理后蛋白质合成受到抑制，且 SC-pSILAC 能检测到特定蛋白质丰度和周转的变化，如用 CHIR99021 处理 HeLa 细胞后，β -catenin（CTNB1）蛋白积累。

• SC-pSILAC 分析无向干细胞分化：研究人员对人类诱导多能干细胞（iPSCs）进行分化研究，通过 SC-pSILAC 技术记录了 1100 多个单细胞的蛋白质丰度和周转情况。他们发现不同细胞类型存在差异，蛋白质周转在细胞分化过程中提供了与功能相关的信息，且蛋白质周转动力学可用于识别蛋白质复合物的核心成员。

• 核心组蛋白周转区分分裂细胞和非分裂细胞：研究发现核心组蛋白的周转与细胞分裂速度相关，通过分析组蛋白 H4 的周转情况，能够区分分裂细胞和非分裂细胞。这一发现对于癌症研究和干细胞研究具有重要意义，有助于深入了解癌细胞的休眠和复发机制，以及干细胞的分裂调控。

• 不同功能蛋白质的丰度与细胞大小的关系不同：研究人员发现非分裂细胞比分裂细胞平均尺寸更大，且细胞大小与某些蛋白质（如组蛋白、参与细胞周期的蛋白质等）的丰度存在不同的相关性。例如，组蛋白和细胞周期蛋白的丰度与细胞大小呈负相关，而细胞骨架蛋白与细胞大小呈正相关。

• SC-pSILAC 能够比较不同的细胞周期停滞模式：通过分析不同生长条件下的人包皮成纤维细胞（hFF），研究人员发现 SC-pSILAC 能够识别非分裂细胞，并且可以揭示不同细胞周期停滞模式（如接触抑制和血清剥夺）下细胞的差异，包括代谢途径和关键蛋白周转的变化。
  在研究结论和讨论部分，该研究通过 SC-pSILAC 技术在单细胞水平揭示了蛋白质周转动态，为干细胞生物学、癌症研究等领域提供了新的视角和研究方法。虽然该技术存在一些局限性，如无法测量蛋白质合成或降解速率、不能直接应用于临床样本等，但它仍然为未来的研究开辟了新的方向。这一研究成果不仅加深了我们对细胞基本生物学过程的理解，还为开发针对癌症等疾病的新疗法提供了潜在的靶点和理论依据，具有重要的科学意义和应用价值。

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