第1章

第1章 为何测量单个细胞的蛋白

Why Measure the Proteins of Single Cells
本章摘要 蛋白是生命活动的主要执行者,而蛋白丰度并不能由信使 RNA 推知;同时,把亿万个细胞磨碎取均值,会系统性地掩盖细胞之间的差异。本章建立全书的两条动机线索,并给出理解后续章节所需的技术底座:亲和与质谱两条路线的分野,以及一次液相色谱-串联质谱分析中究竟发生了什么。

过去十年,单细胞转录组学把"细胞异质性"从组织学观察变成了可计算的数据对象。但转录组测的是蓝图,不是成品:从信使 RNA 到有功能的蛋白,隔着翻译效率、降解速率与翻译后修饰三道关口。若要追问一个细胞正在做什么——而不是它可能做什么——就必须直接测量蛋白。

直接测量的代价极高:一个哺乳动物细胞只含约 100–200 皮克蛋白,比常规蛋白组学样品少三个数量级。围绕这份微量样品,领域发展出两条互补的技术路线:依赖亲和试剂的高通量测量(质谱流式、CITE-seq),与不依赖抗体的质谱测量(SCoPE2、nPOP、DIA 系列)。本章先把"为什么"讲透,再把路线图摊开;第二章起逐一走通。

1.1
转录与翻译之间:为什么蛋白必须直接测量
mRNA 与蛋白丰度的相关性只有中等水平;翻译调控、蛋白寿命与翻译后修饰让转录无法代言蛋白。
1.2
均值的假象:细胞异质性与单细胞分辨率
整体测量给出的是加权平均,异质群体里不存在"平均细胞";单细胞分辨率的生物学价值。
1.3
两条技术路线:亲和试剂与质谱
抗体亲和测量与质谱测量的原理分野、覆盖范围与误差来源;互补而非替代的关系。
1.4
一次 LC-MS/MS 分析:质谱蛋白组学的工作原理
酶解、色谱分离、一级与二级质谱、数据依赖与数据非依赖采集;肽段鉴定与定量的物理基础。