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質譜流式細胞技術服務的質譜流式細胞技術（mass cytometry，MC）就是將ICP-MS應用到單個細胞的分析，原理是用純化的單元素同位素標記抗體，然后使用ICP-MS檢測該元素離子峰。操作流程簡單，如圖1所示，首先細胞用帶有金屬元素（一般是鑭系金屬）的特異性抗體標記3-4，然后被送入質譜流式細胞儀，細胞以單個細胞液滴狀態被霧化后進入高溫等離子體，產生自由原子，四級桿選擇只通過鑭系金屬質量范圍內的離子，去除其余離子，利用飛行時間質譜（TOF mass spectrometry）檢測鑭系金屬離子的相對信號強度。
傳統流式細胞術用熒光基團作為報告分子，通過對發射光強度定量以確定目標分子的表達量，但熒光基團發射譜常有重合，尤其是在同一個實驗中進行多參數測量的情況下，難以區分多個熒光基團。質譜流式細胞技術使用單一分子量的穩定鑭系金屬代替熒光基團作為報告分子，元素質譜分析儀能夠通過分子量準確區分不同原子質量，并且不同鑭系金屬質量沒有信號重疊，增加了定量的準確性。
目前，質譜流式細胞技術可以同時對51個靶蛋白進行檢測，每秒檢測1000個細胞，平均每天可檢測100個樣品，檢測限為100個拷貝分子，已經過驗證的鑭系金屬標記抗體種類超過400種；除常規蛋白外，質譜流式細胞技術還可用于蛋白翻譯后修飾1，蛋白降解產物5，檢測細胞存活率，細胞大小，mRNA轉錄子表達量6，DNA合成速率7以及蛋白酶活性8等的測定。
質譜流式細胞技術（CyTOF，Cytometry by Time-of-Flight）是一種高通量單細胞多參數分析技術，通過金屬標簽抗體替代傳統熒光標記，結合質譜檢測，突破熒光信號重疊的限制。
核心流程：
標記細胞：
抗體偶聯穩定金屬同位素（如鑭系元素：???Tb、???Ho等），替代傳統熒光染料。
單細胞懸液與金屬標簽抗體孵育，標記表面/胞內蛋白、磷酸化位點等。
電離與檢測：
細胞逐個通過霧化器進入等離子體，高溫電離為帶電離子。
離子經**飛行時間質譜（TOF）**按質荷比（m/z）分離，檢測金屬信號。
數據分析：
金屬信號強度對應蛋白表達量，結合單細胞分辨率，生成高維數據矩陣。
通過算法（如t-SNE、UMAP）進行細胞亞群分型及功能解析。
核心作用：解碼單細胞的“多維身份”
1. 免疫圖譜繪制
免疫分型：同時檢測40+種標記（如CD3、CD4、CD8、PD-1、Ki-67），精細劃分T細胞、B細胞、NK細胞等亞群。
功能狀態解析：分析細胞因子（IFN-γ、TNF-α）、磷酸化信號（pSTAT3、pERK）動態。
案例：揭示腫瘤浸潤T細胞耗竭標志物（如TIM-3、LAG-3）共表達模式。
2. 腫瘤微環境研究
異質性解析：區分腫瘤細胞、基質細胞、免疫細胞及其相互作用。
耐藥機制挖掘：追蹤藥物處理前后腫瘤細胞信號通路（如PI3K/AKT/mTOR）變化。
案例：鑒定乳腺癌中化療耐藥相關的干細胞樣亞群。
3. 藥物開發與療效預測
靶點驗證：多維度評估藥物對靶蛋白（如HER2、EGFR）及下游信號的影響。
生物標志物發現：篩選與治療響應相關的細胞亞群特征（如高PD-L1+巨噬細胞比例）。
技術優勢：超越傳統流式的“降維打擊”
核心優勢詳解：
無信號重疊：金屬同位素質量差異顯著，避免熒光溢漏，提升多參數檢測能力。
超高復用性：單次實驗可同時分析細胞表型、功能狀態及信號通路激活。
樣本保護：固定后樣本可長期保存，適合回顧性研究和多中心協作。
精準定量：金屬信號強度與抗體結合量嚴格線性相關，數據更可靠。
應用場景：從科研到臨床的“多面手”
1. 基礎研究
發育生物學：追蹤胚胎發育中細胞命運決定的分子軌跡。
免疫代謝：解析T細胞代謝重編程（如糖酵解 vs. 氧化磷酸化）與功能關聯。
2. 臨床轉化
疾病分型：基于單細胞特征定義新的疾病亞型（如紅斑狼瘡免疫亞群）。
療效監控：動態監測CAR-T治療后患者免疫重建狀態。
3. 藥物開發
靶點篩選：高通量評估候選藥物對免疫細胞亞群的特異性影響。
毒性評估：檢測藥物對肝、腎細胞凋亡及應激信號通路的激活。
未來趨勢：從單細胞蛋白組到多組學整合
CyTOF正與單細胞轉錄組（scRNA-seq）、空間組學技術融合，實現：
多組學關聯：蛋白表達與基因調控網絡聯合分析。
空間分辨率：結合多重離子成像（IMC），揭示細胞在組織中的空間互作。
多路質譜流式細胞技術
正如蛋白質組學中的非標記定量，質譜流式細胞技術對靶點的定量準確性也受到不同儀器離子化效率的差異、儀器狀態等的影響；同時，傳統的質譜流式細胞技術每次只能檢測一個樣品，通量較低。因此，質量標簽細胞條碼技術（mass-tag cellular barcoding，MCB）應運而生。
細胞經過藥物等處理后，用多聚甲醛固定后，使用MCB試劑對不同樣本的細胞進行條形碼標記，然后將不同樣本混合后進行常規質譜流式細胞分析前處理和檢測。最終通過檢測條形碼對應的元素離子，對細胞進行樣品歸類。
