1.前言
纵观近几年的免疫圈，除了受新冠疫情影响而火热的机体抗病毒的免疫机制研究之外，那就是各种免疫细胞的代谢研究了，我们可以时不时的在各大科研平台看到免疫代谢研究的重大报道。这个研究方向的崛起绝非偶然，因为代谢组学被誉为起步最难的组学，而免疫学又被认为是最复杂的基础医学研究领域之一，由这两位“大佬”碰面产生的故事那当然是有的说了。
虽然代谢组学和免疫学均是科研界难啃的骨头，但因为这两个领域研究的工作者众多，各项技术都还较为成熟，如代谢组学研究的各种质谱技术、免疫学研究所用的流式技术，这些都在随着技术的更新换代而迅速发展，于是跟着这股潮流一个新的技术就产生了—-质谱流式。
2.质谱流式的优势
虽然话是这么说的，名字也很巧合，但是质谱流式最初被发明出来不是为了研究免疫细胞的代谢，而是为了解决研究者在进行多色流式实验时难以解决的补偿问题。光谱流式在发展过程中，渐渐表现出一些缺陷，主要表现为荧光染料的限制，即使方案经过精心设计，也无法避免光谱渗漏、自发荧光等问题，使用的荧光染料的数量越多，补偿问题就越大。
图1：光谱流式和质谱流式的参数对比
3.免疫细胞代谢的特征
研究发现，免疫细胞在抗原被激活时，会优先通过供能更加迅速的糖酵解代谢，消耗丙酮酸并产生乳酸，而不是通过周期更长的TCA循环产生能量。此外，TCA中间体琥珀酸的积累还能促进HIF-1α的稳定表达从而启动糖酵解代谢途径；同时，积累的柠檬酸可以作为抗炎代谢物--亚甲基丁二酸的前体物质。糖酵解过程也可为戊糖磷酸途径(PPP)提供燃料，生成核苷酸、氨基酸和NADPH, NADPH等，这些物质又可与柠檬酸一起用于合成脂肪酸。另一方面，氧化脂肪酸可驱动线粒体进行有氧代谢，这种代谢方式在耐受性免疫细胞中比在其他细胞中更为突出。
图2：激活状态下免疫细胞的代谢需求
4.质谱流式研究免疫细胞代谢的优势
细胞代谢研究中一个常用的实验就是—Seahorse,其利用高灵敏度的细胞外氧气与H+流量变化检测技术，实时完成细胞内两条主要能量产生途径——线粒体呼吸和糖酵解的测量，通过测定细胞外酸化率（ECAR：Extracellular Acidificarion Rate）和氧气消耗速率（OCR：Oxygen Consumption Rate），可以较为准确的获得细胞有氧呼吸与糖酵解的基础水平，最高/最低水平及能量储备水平等实验结果。但Seahorse实验对细胞状态要求很高，而且需要十万级细胞数量，但是其计算的却是所有实验细胞的一个平均水平；同时，其只能测得细胞有氧和无氧两大类代谢水平，而不能分辨如有氧代谢中的脂肪酸代谢等。
图3：Seahorse实验测量免疫细胞代谢
相比之下，质谱流式通过同时标记几十种代谢关键酶，可以在单个细胞水平评估各种细胞的代谢状态，如评估细胞糖酵解谱的酶：p4EBP1, pS6, HIF1a, Glut1和 GAPDH；氧化代谢谱的酶：CS, ATP5a, VDAC1和 CytoC；脂肪酸氧化的酶：CPT1a, HADHA 和 ACADM；甚至和长链脂肪酸代谢相关的酶p-p38, pCREB, pERK和NRF1等。
图4：质谱流式标记代谢关键酶
5.小结
质谱流式细胞技术结合质谱技术和传统光谱流式细胞技术，大大增多了可检测的参数，并无需补偿，弥补了荧光流式技术上的不足。不过，质谱流式吞吐量小、细胞利用率低、金属同位素灵敏性较低等的不足是质谱流式未来需要客服的缺点。尽管如此，质谱流式拥有强大的单细胞水平分辨率，并且可同时标记几十种代谢关键蛋白，从而为免疫细胞的代谢研究提供强大的技术支撑。
[参考文献]
1. Levine LS,Hiam-Galvez KJ, Marquez DM, Tenvooren I, Madden MZ, Contreras DC, Dahunsi DO,Irish JM, Oluwole OO, Rathmell JC, Spitzer MH. Single-cell analysis by masscytometry reveals metabolic states of early-activated CD8+ T cells during theprimary immune response. Immunity. 2021 Apr 13;54(4):829-844.e5. doi:10.1016/j.immuni.2021.02.018.
2.Chou WC, RampanelliE, Li X, Ting JP. Impact of intracellular innate immune receptors onimmunometabolism. Cell Mol Immunol. 2021 Oct 25. doi:10.1038/s41423-021-00780-y.
3.光谱流式与质谱流式之“争 ”https://www.antpedia.com/news/70/n-2564170.html
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