质谱流式细胞术应用文章分析——癌症：肿瘤患者治疗效果监测-百泰派克生物科技BTP

质谱流式技术（Mass Cytometry）在药物开发和生物制品表征中的潜力巨大。质谱流式细胞术将质谱技术与流式细胞仪相结合，能够实现对单个细胞的生化成分进行深入研究，帮助我们理解疾病机制，验证药物的效果，发现新的药物靶点以及增强生物制药质量控制。这在生物药物表征中非常有用，它可以帮助解决以下一些问题：

单细胞层次的分子表征：传统的质谱技术通常需要大量的样本以获取可靠的结果，而质谱流式技术则可以分析单个细胞的生化成分，这可以帮助我们更深入地理解细胞的生物学特性。

生物分子的定量分析：质谱流式技术可以对细胞内的生物分子进行定量分析，包括蛋白质、代谢物和其他生物分子。

细胞异质性的研究：细胞群体中的细胞并非完全相同，它们之间的差异可能影响疾病的发展和治疗的效果。质谱流式技术可以帮助我们研究这种细胞异质性。

百泰派克生物科技BTP采用基于Fluidigm Helios流式细胞仪（Mass Cytometry System for Single Cell Analysis）用于单细胞质谱分析，该平台能够完成包括单细胞捕获、cDNA合成、实时定量PCR分析、目标区域扩增以及质谱流式细胞分析。

癌症是全球范围内人类的主要死亡原因之一。在过去 30 年中，识别驱动基因修饰一直是癌症研究的核心目标，从而产生了癌症基因组图谱 （TCGA）和癌症体细胞突变目录 （COSMIC） 等，其中包括广泛的大规模、系统测序研究，这些研究构成了主要肿瘤类型突变异常的综合目录。

近年来，对于癌症的研究开始关注肿瘤-免疫过程（图1），尤其是肿瘤微环境（TME）中的免疫状态。免疫细胞异质性和各种细胞亚群的存在使TME免疫分析复杂化。此外，肿瘤团块内免疫的空间分布是显着影响免疫细胞获得促肿瘤或抗肿瘤功能的关键参数。考虑基因组学、转录组学、表观基因组学和蛋白质组学的多组学观点对于揭示TME的免疫复杂性是必要的。

肿瘤和免疫系统这两个交织系统相互作用的内在复杂性带来了相当大的挑战，需要全面的方法来检测肿瘤起始和进展期间以及治疗调节后的癌症免疫。几种已建立的新型高通量技术能够生成必要的数据，从而为机制理解提供基础，并最终增加受益于癌症免疫治疗的患者数量。二代测序（NGS）技术不仅提供了可以挖掘免疫相关参数的大型数据集。但也越来越多地用于临床环境，为癌症治疗提供信息。此外，单细胞RNA测序（scRNA-seq）和质谱流式技术（CyTOF）等新技术已经成熟，并首次能够在单细胞水平上精确表征分子过程。质谱流式技术已经在肿瘤的早期检测，免疫图谱绘制等多个领域被应用。

免疫检查点封锁彻底改变了癌症治疗。特别是，已发现抑制程序性细胞死亡蛋白1（PD-1）可有效治疗转移性黑色素瘤和其他癌症。但依然有很大一部分患者没有表现出持久的缓解，因此，迫切需要临床反应的预测性生物标志物。

Burkhard Becher团队使用转移性黑色素瘤患者在治疗前和治疗期间的外周血单核细胞（PBMC）作为一种易于获得的微创活检来探测与抗PD-1免疫治疗反应相关的免疫特征。文章使用质谱流式技术对IV期黑色素瘤患者在接受12周抗PD-1免疫治疗前后的外周血中的免疫细胞亚群进行了深入分析。研究发现，在开始治疗之前CD4和CD8 T细胞的淋巴细胞减少，γδ T细胞和NKT细胞的轻微升高，对抗PD-1免疫治疗的无进展和总生存率的有力预测是CD14CD16+-HLA-DRhi单核细胞的频率。在治疗前，应答者与非应答者相比，表达IL-4、Grz-B、IFN-γ或GM-CSF的CD4 T细胞以及表达CTLA-4、Grz-B或IL-13的CD8 T细胞的频率略有增加。然而，在治疗开始后，应答者中表达PD-1、IL-4、IFN-γ、IL-10、IL-17A和Grz-B的CD4 T细胞数量高于非应答者。对于CD8 T细胞，与非应答者相比，在应答者中检测到CTLA-4和颗粒酶B的上调（图2）。

除了免疫治疗，质谱流式也可以在监测其他疗法的效果。有研究使用质谱流式技术监测了急性和慢性剂量标准细胞毒化疗后晚期CRC患者的循环免疫细胞谱，并分析了7个主要的免疫细胞群和20多个亚群。对质谱数据的无监督聚类分析显示，在一个周期的细胞毒化疗后，NK细胞的数量减少。对NK亚群的调查显示，在急性和慢性化疗后，CD56dim CD16 NK细胞群下降。进一步分析长期化疗期间NK细胞亚群的频率，发现亚群发生了变化，成熟的、具有细胞毒性的CD56+dim CD16减少，同时不太成熟的CD56+dim CD16-和CD56bright NK细胞群显著增加。此外，对NK细胞中信号反应的磷酸化状态的分析发现，患者和健康志愿者之间的pERK、pP38、pSTAT3和pSTAT5存在明显差异，并且在整个化疗过程中保持不变（图3）。