Cell Metab：代谢检测进入单细胞时代

来源：BioArt

肿瘤免疫疗法仅对一小部分患者有效，其中一个原因是需要一个功能和代谢能力强的免疫系统来响应治疗。能量代谢重编程对于肿瘤和免疫反应至关重要。当前的代谢检测方法只能分析细胞群整体代谢能力。而细胞分选和细胞培养会改变细胞的代谢活性，因而它们不能用于从人体活检中获得的异质性或者稀有活细胞群体进行代谢检测。所以，迫切需要一种用于检测复杂样品的，并且操作简单的代谢谱分析方法，该方法可用于在治疗前对患者进行分级并在免疫治疗后监测反应。

2020年12月1日，法国Aix Marseille大学的Rafael J. Argüello团队在Cell Metabolism上发表题为SCENITH: A Flow Cytometry-Based Method to Functionally Profile Energy Metabolism with Single-Cell Resolution 的技术型文章。该团队开发了一种利用流式细胞术可以在单细胞水平上量化细胞代谢的方法SCENITH，并将此方法应用于全血和人肿瘤样本中，确定了肿瘤相关免疫细胞与肿瘤邻近免疫细胞之间的代谢差异。

哺乳动物细胞通过降解葡萄糖、氨基酸和/或脂质产生的总能量中约有一半被蛋白质合成过程（protein synthesis ，PS）消耗掉。因此作者将PS水平作为衡量细胞整体代谢活性指标。作者利用代谢抑制剂证明细胞内ATP和PS水平相关性很高（r=0.985; p < 0.0001）。验证了细胞代谢水平可以利用PS作为检测指标。作者利用药物嘌呤霉素（puromycin）的特点，puro可以掺入蛋白质翻译过程，并导致蛋白质翻译终止，带有puro的多肽会从核糖体中释放出来，利用此多肽含量确定细胞的PS水平。

与新型抗puro单克隆抗体结合，作者开发出了在单细胞水平上检测细胞PS水平，进而评估细胞代谢水平的方法。作者参考本团队以前研究蛋白质合成的SUnSET和Sun-RiSE方法，将这种方法称为SCENITH（single cell energetic metabolism by profiling translation inhibition）。而结合带有荧光的puro，利用流式细胞术可以检测特定细胞群体的代谢水平。SCENITH还可以结合细胞标志物检测CD3+T细胞亚群的代谢水平。

作者首先利用SCENITH和糖酵解相关抑制剂证明了T细胞被激活后糖酵解水平明显增加。并且SCENITH的检测灵敏度高于Seahorse代谢检测法，所用的细胞只是Seahorse代谢检测法的十分之一。利用SCENITH分析血液中CD8+T细胞发现一群具有较高糖酵解水平的记忆性CD8+T细胞，利用以前的方法并不能发现这一亚群细胞。在人和小鼠髓系细胞各亚型检测中也验证了SCENITH的有效性和稳定性。

利用SCENITH分析肿瘤相关巨噬细胞和肿瘤近端相关巨噬细胞，肿瘤近端巨噬细胞具有更高的糖酵解能力。肿瘤相关巨噬细胞糖酵解能力下降与免疫抑制相关，也与肿瘤进展和预后不良有关。接下来作者将SCENITH与单细胞转录组分析相结合。作者比较了SCENITH获得的功能性代谢谱和单细胞转录组获得代谢基因相关表达谱，表明肿瘤微环境通过持久影响代谢基因表达来调控巨噬细胞代谢水平。通过比较也确定了用于代表细胞代谢谱的标志基因特征。

本研究设计了一种简单的代谢谱分析方法——SCENITH，结合流式细胞术可以研究多种细胞类型的代谢情况，是分析异质样品的理想选择。利用SCENITH分析了肿瘤组织中复杂的免疫表型，这将有助于患者分层和评估治疗反应。该方法可以在单细胞分辨率水平上分析复杂样本和稀有细胞的代谢状况，补充了在单细胞时代用于代谢研究的短板。