基于质谱的单细胞蛋白质组学分析策略与应用

李国星; 魏星; 陈明丽; 王建华

doi:10.12452/j.fxcsxb.240929424

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基于质谱的单细胞蛋白质组学分析策略与应用

综述 | 更新时间：2025-01-03

- 基于质谱的单细胞蛋白质组学分析策略与应用
- Strategies and Applications of Single Cell Proteomics Analysis Based on Mass Spectrometry
- 分析测试学报 2025年44卷第1期页码：99-105
- 作者机构：
  
  东北大学理学院化学系，辽宁沈阳 110819
- 作者简介：
  
  魏星，博士，副教授，研究方向：单细胞分析，E-mail：weixing@mail.neu.edu.cn
  陈明丽，教授，研究方向：样品预处理方法与技术，E-mail：chenml@mail.neu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(22104012;22274017;22334003);辽宁省自然科学基金联合基金项目(2023-MSBA-060)
- DOI：10.12452/j.fxcsxb.240929424
  中图分类号： O657.6;O629.73
- 纸质出版日期：2025-01-15，
  
  收稿日期：2024-09-29，
  
  修回日期：2024-11-02，
- 稿件说明：
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李国星,魏星,陈明丽,王建华.基于质谱的单细胞蛋白质组学分析策略与应用[J].分析测试学报,2025,44(01):99-105.

LI Guo-xing,WEI Xing,CHEN Ming-li,WANG Jian-hua.Strategies and Applications of Single Cell Proteomics Analysis Based on Mass Spectrometry[J].Journal of Instrumental Analysis,2025,44(01):99-105.
李国星,魏星,陈明丽,王建华.基于质谱的单细胞蛋白质组学分析策略与应用[J].分析测试学报,2025,44(01):99-105. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.240929424.

LI Guo-xing,WEI Xing,CHEN Ming-li,WANG Jian-hua.Strategies and Applications of Single Cell Proteomics Analysis Based on Mass Spectrometry[J].Journal of Instrumental Analysis,2025,44(01):99-105. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.240929424.

摘要

细胞间异质性已被证明存在于各类生物体及其发育过程中。传统对于群体细胞的测量所得到的平均结果往往无法用于单细胞异质性的分析，因此开展单细胞水平的研究对于单个细胞的生理状态至关重要。蛋白质作为生命活动的主要承担者，进行单细胞蛋白质组学分析对于准确研究信号分子与相关信号通路之间的关系具有重要意义。常规的免疫荧光等技术受限于抗体的结合特异性与可用性，且仅限于分析预先选定的蛋白质。该文综述了近年来基于质谱的单细胞蛋白质组学中的常用方法，根据分析策略的不同，将其分为自下而上、自上而下与天然蛋白质组学3种方法，在介绍研究方法的同时对蛋白质样品预处理的进展进行了讨论。最后，对基于质谱的单细胞蛋白质组学研究所面临的挑战以及发展方向进行了总结与展望。

Abstract

Intercellular heterogeneity has been demonstrated to exist in various organisms and their development. Conventionally，the average results obtained from measurements of population cells cannot used to analyze the cellular heterogeneity，so it is important to study the physiological state of single cell at the level of single cells. As proteins are the main carriers of life activities，the analysis of single-cell proteomics is of great significance for the accurate study of the relationship between signal molecules and related signal pathways. Traditional techniques such as immunofluorescence are limited by the binding specificity，availability of antibodies and the analysis of pre-selected proteins. In this paper，the commonly used methods of single-cell proteomics based on mass spectrometry in recent years are reviewed. According to different analytical strategies，they are divided into three methods：bottom-up，top-down and native proteomics. Then the development of protein sample pretreatment is also discussed. Finally，the challenges and development of single-cell proteomics research based on mass spectrometry are summarized and prospected.

关键词

质谱（MS）蛋白质组学单细胞样品预处理

Keywords

mass spectrometry（MS）proteomicssingle cellsample pretreatment

references

Elmentaite R，Conde C D，Yang L，Teichmann S A. Nat. Rev. Genet.，2022，23（7）：395-410.

Slavov N. Science，2020，367（6477）：512-513.

Altschuler S J，Wu L F. Cell，2010，141（4）：559-563.

Carter B，Zhao K J. Nat. Rev. Genet.，2020，22（4）：235-250.

Pastrana-Otero I，Majumdar S，Gilchrist A E，Harley B A C，Kraft M L. Anal. Chem.，2022，94（35）：11999-12007.

Wu Z N，Graybill T L，Zeng X，Platchek M，Zhang J，Bodmer V Q，Wisnoski D D，Deng J H，Coppo F T，Yao G，Tamburino A，Scavello G，Franklin G J，Mataruse S，Bedard K L，Ding Y，Chai J，Summerfield J，Centrella P A，Messer J A，Pope A J，Israel D I. ACS Comb. Sci.，2015，17（12）：722-731.

Gawad C，Koh W，Quake S R. Nat. Rev. Genet.，2016，17（3）：175-188.

Tang F C，Barbacioru C，Wang Y Z，Nordman E，Lee C，Xu N L，Wang X H，Bodeau J，Tuch B B，Siddiqui A，Lao K Q，Surani M A. Nat. Methods，2009，6（5）：377-382.

Li J J，Biggin M D. Science，2015，347（6226）：1066-1067.

Labib M，Kelley S O. Nat. Rev. Chem.，2020，4（3）：143-158.

Specht H，Emmott E，Petelski A A，Huffman R G，Perlman D H，Serra M，Kharchenko P，Koller A，Slavov N. Genome Biol.，2021，22（1）：50.

Mao Q X，Wang H，Shu Y，Chen X W，Wang J H. RSC Adv.，2014，4（16）：8177-8182.

Wang M M，Chen S，Zhang D D，Yu Y L，Wang J H. Microchim. Acta，2018，185（12）：553.

Chen X W，Hu L L，Liu J W，Chen S，Wang J H. Trends Anal. Chem.，2013，48：30-39.

Kelly R T. Mol. Cell. Proteomics，2020，19（11）：1739-1748.

Shuken S R. J. Proteome Res.，2023，22（7）：2151-2171.

Qin S J，Bai Y，Liu H W. Chin. J. Chromatogr.（秦少杰，白玉，刘虎威. 色谱），2021，39（2）：142-151.

Chen D Y，McCool E N，Yang Z C，Shen X J，Lubeckyj R A，Xu T，Wang Q J，Sun L L. Mass Spectrom. Rev.，2023，42（2）：617-642.

Ctortecka C，Mechtler K. Anal. Sci. Adv.，2021，2（3/4）：84-94.

Link A J，Eng J，Schieltz D M，Carmack E，Mize G J，Morris D R，Garvik B M，Yates J R. Nat. Biotechnol.，1999，17（7）：676-682.

Meyer J G. Int. Sch. Res. Notices，2014，2014（1）：960902.

Swaney D L，Wenger C D，Coon J J. J. Proteome Res.，2010，9（3）：1323-1329.

Tsiatsiani L，Heck A J R. FEBS J.，2015，282（14）：2612-2626.

Wu Z，Huang J C，Huang J N，Li Q Q，Zhang X M. Anal. Chem.，2018，90（16）：9700-9707.

Li Z Y，Huang M，Wang X K，Zhu Y，Li J S，Wong C C L，Fang Q. Anal. Chem.，2018，90（8）：5430-5438.

Zhu Y，Piehowski P D，Zhao R，Chen J，Shen Y F，Moore R J，Shukla A K，Petyuk V A，Campbell-Thompson M，Mathews C E，Smith R D，Qian W J，Kelly R T. Nat. Commun.，2018，9（1）：882.

Zhang W J，Liu T，Dong H Y，Bai H H，Tian F，Shi Z M，Chen M L，Wang J H，Qin W J，Qian X H. Anal. Chem.，2017，89（11）：5810-5817.

Huo B B，Zhang W J，Zhao X Y，Dong H Y，Yu Y L，Wang J H，Qian X H，Qin W J. Chem. Commun.，2018，54（98）：13790-13793.

Rogers H T，Melby J A，Ehlers L E，Fischer M S，Larson E J，Gao Z，Rossler K J，Wang D J，Alpert A J，Ge Y. Anal. Chem.，2024，96（7）：2748-2753.

Zhou M W，Uwugiaren N，Williams S M，Moore R J，Zhao R，Goodlett D，Dapic I，Paša-Tolić L，Zhu Y. Anal. Chem.，2020，92（10）：7087-7095.

Kelleher N L，Lin H Y，Valaskovic G A，Aaserud D J，Fridriksson E K，McLafferty F W. J. Am. Chem. Soc.，1999，121（4）：806-812.

Brown K A，Melby J A，Roberts D S，Ge Y. Expert Rev. Proteomics，2020，17（10）：719-733.

Toby T K，Fornelli L，Kelleher N L. Ann. Rev. Anal. Chem.，2016，9：499-519.

Brown K A，Chen B，Guardado-Alvarez T M，Lin Z Q，Hwang L，Ayaz-Guner S，Jin S，Ge Y. Nat. Methods，2019，16（5）：417-420.

Brown K A，Gugger M K，Yu Z，Moreno D，Jin S，Ge Y. Anal. Chem.，2023，95（3）：1801-1804.

Williams S M，Liyu A V，Tsai C-F，Moore R J，Orton D J，Chrisler W B，Gaffrey M J，Liu T，Smith R D，Kelly R T，Pasa-Tolic L，Zhu Y. Anal. Chem.，2020，92（15）：10588-10596.

Pandeswari P B，Sabareesh V. RSC Adv.，2019，9（1）：313-344.

Srzentić K，Zhurov K O，Lobas A A，Nikitin G，Fornelli L，Gorshkov M V，Tsybin Y O. J. Proteome Res.，2018，17（6）：2005-2016.

Sanders J D，Greer S M，Brodbelt J S. Anal. Chem.，2017，89（21）：11772-11778.

Schräder C U，Ziemianowicz D S，Merx K，Schriemer D C. Anal. Chem.，2018，90（5）：3083-3090.

Keener J E，Zhang G Z，Marty M T. Anal. Chem.，2021，93（1）：583-597.

Keener J E，Zambrano D E，Zhang G Z，Zak C K，Reid D J，Deodhar B S，Pemberton J E，Prell J S，Marty M T. J. Am. Chem. Soc.，2019，141（2）：1054-1061.

Tamara S，Boer M A D，Heck A J R. Chem. Rev.，2022，122（8）：7269-7326.

Li L S，Zhang Y，Lv Y G，Qu F，Ma Q. Trends Anal. Chem.，2024，170：117424.

Struwe W B，Robinson C V. Curr. Opin. Struct. Biol.，2019，58：241-248.

Barth M，Schmidt C. J. Mass Spectrom.，2020，55（10）：e4578.

Olinares P D B，Dunn A D，Padovan J C，Fernandez-Martinez J，Rout M P，Chait B T. Anal. Chem.，2016，88（5）：2799-2807.

Kebarle P，Verkerk U H. Mass Spectrom. Rev.，2009，28（6）：898-917.

Van Aernum Z L，Busch F，Jones B J，Jia M X，Chen Z B，Boyken S E，Sahasrabuddhe A，Baker D，Wysocki V H. Nat. Protoc.，2020，15（3）：1132-1157.

Susa A C，Xia Z J，Williams E R. Anal. Chem.，2017，89（5）：3116-3122.

Susa A C，Xia Z J，Williams E R. Angew. Chem. Int. Ed.，2017，56（27）：7912-7915.

Susa A C，Lippens J L，Xia Z J，Loo J A，Campuzano I D G，Williams E R. J. Am. Soc. Mass Spectrom.，2018，29（1）：203-206.

Pan J，Xu K，Yang X，Choy W Y，Konermann L. Anal. Chem.，2009，81（12）：5008-5015.

Javanshad R，Honarvar E，Venter A R. J. Am. Soc. Mass Spectrom.，2019，30（4）：694-703.

Javanshad R，Venter A R. Analyst，2021，146（21）：6592-6604.

Konermann L. J. Am. Soc. Mass Spectrom.，2017，28（9）：1827-1835.

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