Hawk蛋白作用功能定量分析平臺助力開啟腫瘤免疫研究新維度
西班牙Hawk蛋白作用功能定量分析平臺 聯(lián)合CyTOF開啟腫瘤免疫研究新維度
在腫瘤研究的這條攻堅之路上，頂尖科研學者選擇的技術路線往往指引著技術突破的方向。近日，美國科學促進會（The American Association for the Advancement of Science，AAAS，全球最具影響力的綜合性科學組織之一，雜志Science隸屬于該學會）會士、日本國立癌癥中心研究所癌癥免疫學部門主任，同時擔任名古屋大學研究生院醫(yī)學系免疫學系教授的西川博嘉教授，正式購入HAWK蛋白功能分析系統(tǒng)，聯(lián)用已有的CyTOF（質譜流式細胞術）設備，更進一步提升了團隊科研實力。
圖1 西川博嘉教授
西川教授作為腫瘤免疫治療領域的知名專家，長期致力于CD4+調節(jié)性T（Treg）細胞在內的免疫抑制網(wǎng)絡抑制抗腫瘤免疫應答的相關機制研究。他發(fā)現(xiàn)效應T細胞的關鍵抗腫瘤表型會受Treg細胞以“抗原依賴性”調控，這一發(fā)現(xiàn)不僅為腫瘤免疫研究開辟新方向，更對自身免疫、過敏、感染及移植等多領域的免疫應答機制研究具有普適性指導意義。近年，他提出“癌細胞基因組異常構建免疫抑制微環(huán)境”的創(chuàng)新概念，將研究推向免疫基因組精準醫(yī)學層面。
從研究邏輯來看，西川教授始終圍繞“免疫表型與功能的深度關聯(lián)”展開，其實驗室已有的CyTOF設備實現(xiàn)單細胞高通量表型分型，精準捕獲Treg與效應T細胞的表型差異。然而，在“表型背后的功能調控機制”、“基因組異常對免疫功能的影響路徑”等深層問題上，仍缺乏精準的功能解析工具。Hawk蛋白作用功能定量分析平臺可以很好填補這一關鍵缺口，與CyTOF形成功能互補的聯(lián)用體系。
本文，將簡單介紹西川博嘉教授團隊圍繞HAWK與CyTOF聯(lián)用而設計的技術路線。
從研究邏輯來看，西川教授始終圍繞“免疫表型與功能的深度關聯(lián)”展開，其實驗室已有的CyTOF設備實現(xiàn)單細胞高通量表型分型，精準捕獲Treg與效應T細胞的表型差異。然而，在“表型背后的功能調控機制”、“基因組異常對免疫功能的影響路徑”等深層問題上，仍缺乏精準的功能解析工具。Hawk蛋白作用功能定量分析平臺可以很好填補這一關鍵缺口，與CyTOF形成功能互補的聯(lián)用體系。
本文，將簡單介紹西川博嘉教授團隊圍繞HAWK與CyTOF聯(lián)用而設計的技術路線。
- 第一步：樣本準備
以小鼠為例，選取荷瘤小鼠腫瘤組織或臨床患者腫瘤穿刺樣本，一部分樣本制成單細胞懸液，用于CyTOF表型分析；另一部分樣本制成組織切片，用于HAWK空間蛋白功能檢測。
- 第二步：CyTOF高通量表型分型，鎖定關鍵細胞亞群
用CyTOF設備分析單細胞懸液樣本，完成高通量單細胞表型分型。
與光譜流式細胞術不同，CyTOF利用金屬同位素作為標記單元，有效避免串色的問題，可以實現(xiàn)數(shù)十乃至上百種細胞標志物的同時檢測。因此，CyTOF能從復雜的細胞群體中，完成海量靶標的精準初篩——快速區(qū)分不同功能狀態(tài)的細胞亞群，鎖定與研究目標直接相關的核心細胞群體，同時捕捉癌細胞基因組異常所關聯(lián)的表型特征。繼而借助數(shù)據(jù)分析高效定位關鍵研究對象，比如藥物處理后表型發(fā)生顯著變化的特定細胞亞群，為后續(xù)功能解析明確核心方向，徹底擺脫傳統(tǒng)研究中“大海撈針”式的細胞篩選困境，大幅提升研究效率（圖2）。
與光譜流式細胞術不同，CyTOF利用金屬同位素作為標記單元，有效避免串色的問題，可以實現(xiàn)數(shù)十乃至上百種細胞標志物的同時檢測。因此，CyTOF能從復雜的細胞群體中，完成海量靶標的精準初篩——快速區(qū)分不同功能狀態(tài)的細胞亞群，鎖定與研究目標直接相關的核心細胞群體，同時捕捉癌細胞基因組異常所關聯(lián)的表型特征。繼而借助數(shù)據(jù)分析高效定位關鍵研究對象，比如藥物處理后表型發(fā)生顯著變化的特定細胞亞群，為后續(xù)功能解析明確核心方向，徹底擺脫傳統(tǒng)研究中“大海撈針”式的細胞篩選困境，大幅提升研究效率（圖2）。
圖2 CyTOF（又稱Mass cytometry）技術原理圖
- 第三步：HAWK功能深度解析，定量分析目標細胞標志物
針對CyTOF初篩出的核心細胞群體，HAWK的整體實驗流程與傳統(tǒng)免疫熒光染色十分接近（圖3）。然而，相較于免疫熒光染色較差的分辨率（200nm以上），QF-Pro具有極高分辨率，可以從功能層面的深度解析目標蛋白，完成從“表型篩選”到“機制挖掘”的遞進。HAWK的原理是利用熒光能量共振轉移（FRET）聯(lián)合時間分辨熒光（FLIM）技術。當兩種特定熒光基團靠的足夠近（10nm以內）時，就會出現(xiàn)FRET現(xiàn)象，導致熒光壽命縮短，而這種熒光壽命的變化會被FLIM技術檢測到。憑借這種超高的精度，HAWK可以精確判斷目的標志物的實際距離是否達到10nm以內，這是目的標志物存在實際相互作用最有力的證據(jù)。正因為如此，HAWK有效避免了常規(guī)多重熒光或者其他技術單純的空間重疊但并無相互作用的假陽性信號（分辨率達不到10nm）問題；不僅如此，由于熒光壽命縮短是熒光分子的內在屬性，不受到濃度、酸堿度等外界條件影響，因此HAWK的QF-Pro技術可以精準定量分析，具有極高的穩(wěn)定性和準確性。
圖3 左圖：HAWK實驗染色流程；右圖：HAWK QF-Pro檢測原理示意圖
- 第四步：數(shù)據(jù)整合
通過生物信息學工具整合CyTOF的“表型數(shù)據(jù)”與HAWK的“功能數(shù)據(jù)”，結合已有的各種信號通路數(shù)據(jù)庫（pathway分析）和蛋白功能分析數(shù)據(jù)庫（GO分析）等，分析從細胞表型到功能狀態(tài)再到整體調控機制的一整套系統(tǒng)結果。最終從定性和定量的角度研究針對特定腫瘤發(fā)生起到關鍵作用的基因、蛋白和細胞。
從技術協(xié)同邏輯來看，CyTOF與HAWK的聯(lián)用形成了從大范圍篩選確定目的靶標到深度驗證目的靶標的一條路徑：CyTOF以高通量優(yōu)勢解決“哪些細胞或哪些蛋白是關鍵研究對象”的問題，快速完成細胞群體的表型分型與篩選；HAWK則聚焦“這些關鍵細胞或蛋白的功能是什么、機制如何”的核心問題，提供高分辨率的功能解析數(shù)據(jù)。這種分工互補的模式，恰好匹配西川教授從“免疫表型觀察”到“功能機制解析”的研究遞進邏輯，讓復雜的免疫調控網(wǎng)絡研究變得更系統(tǒng)、高效。
- 廠家介紹：
HAWK Biosystems是一家源自西班牙的創(chuàng)新型生物科技企業(yè)，聚焦空間功能蛋白質組學領域，其核心技術 QF-Pro® 平臺基于 FRET/FLIM（熒光共振能量轉移 / 熒光壽命成像顯微鏡）原理， 具有超高分辨率、高特異性與靈敏度。
該系統(tǒng)以雙抗體雙位點捕獲目標蛋白，以 10 nm 分辨率原位量化功能蛋白的空間圖譜，精準量化組織中蛋白質的相互作用與功能狀態(tài)，突破了傳統(tǒng)技術僅能檢測蛋白質表達的局限。適用于如石蠟包埋的切片、固定的組織切片、固定的孔板內細胞等；廣泛用于蛋白-蛋白相互作用，蛋白翻譯后修飾，免疫治療有效性評估、腫瘤微環(huán)境信號解析、藥物靶點原位驗證等方向。
- 環(huán)亞生物與 HAWK 的合作關系
環(huán)亞生物科技有限公司（APG BIO）已正式成為 HAWK Biosystems 在中國地區(qū)的獨家代理商，全權負責 HAWK 核心技術與產品的全鏈條事務。作為深耕中國生命科學領域的專業(yè)服務商，環(huán)亞生物將依托自身成熟的技術支持體系與市場網(wǎng)絡，為國內研究者提供 QF-Pro® 空間蛋白質定量分析平臺的推廣、銷售、應用培訓及售后保障等一站式服務。
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地址：上海市松江區(qū)莘磚公路518號9幢502室
電話：021-54583565
郵箱：info@apgbio.com
網(wǎng)址：www.apgbio.com
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