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“Met-Flow, a strategy for single-cell metabolic analysis highlights dynamic changes in immune subpopulations” 由新加坡科技研究局的 Patricia J. Ahl 等人撰写，发表于Communications Biology。文章介绍了一种基于流式细胞术的单细胞代谢分析方法 Met-Flow，该方法可同时测量免疫细胞的多种代谢途径，揭示免疫细胞亚群的代谢异质性及代谢状态与功能的关系，为深入理解免疫反应的代谢基础提供了新视角。
SLE患者B细胞代谢异常
研究背景
白细胞的代谢状态对免疫反应至关重要，不同代谢途径在免疫细胞的激活、分化和功能发挥中起关键作用 。然而，现有技术难以在单细胞水平分析异质细胞群体的代谢途径网络。本文旨在开发一种新方法，以填补这一技术空白，深入探究免疫细胞的代谢特征与功能的联系。
原发性肝癌的免疫代谢微环境
Met-Flow 技术原理
Met-Flow 是一种高参数流式细胞术方法，通过使用针对代谢关键蛋白和限速酶的抗体，在单细胞蛋白水平上同时捕获多个代谢途径的状态 。该技术可检测脂肪酸合成、精氨酸代谢、糖酵解、磷酸戊糖途径、三羧酸循环、氧化磷酸化、脂肪酸氧化等代谢途径相关蛋白，以及代谢转运体和抗氧化酶的表达水平，从而全面评估细胞的代谢能力。
本文 Met-Flow 检测10 种关键代谢蛋白了解不同免疫细胞亚群的代谢状态，包括跨膜：Glut1，胞质：HK1、TKT、PRDX2、ACAC、ASS1，线粒体内：IDH1、ATP5A，核质：ACAC、ASS1。
实验设计
样本处理：从健康供体脐带血中分离外周血单个核细胞（PBMCs），部分样本进一步分离 T 细胞 。将细胞在含不同刺激物（如抗 CD3/CD28 抗体、2 – 氟 – 2 – 脱氧葡萄糖（2-FDG））的培养基中培养，以模拟不同生理和病理状态下的细胞代谢变化。
检测指标：运用 Met-Flow 技术检测代谢蛋白表达，结合细胞表面和胞内标记物对免疫细胞亚群进行表型分析；使用细胞外通量分析仪测定细胞的糖酵解功能和线粒体呼吸；通过细胞因子和趋化因子分析检测细胞培养上清液中相关因子的分泌。
实验结果
免疫细胞的代谢异质性：通过对 12 名供体样本的分析，发现不同免疫细胞亚群具有独特的代谢蛋白表达谱 。单核细胞和髓样树突状细胞（mDCs）在代谢蛋白表达上存在明显差异，单核细胞可根据三羧酸循环酶 IDH2 的表达分为两个亚群；浆细胞样树突状细胞（pDCs）相较于 mDCs，具有更高的 OXPHOS、TCA 循环、PPP 和葡萄糖摄取能力 。不同 T 细胞亚群、B 细胞、NK 细胞等在代谢蛋白表达上也存在显著差异，反映了它们在代谢需求和功能上的不同。
T 细胞激活与代谢重塑：T 细胞激活后，多种代谢蛋白表达上调，包括 GLUT1、IDH2、ACAC 等，表明激活后的 T 细胞在糖代谢、脂肪酸合成等多条代谢途径上发生重塑 。激活标记物 CD25 和 CD69 与多种代谢蛋白呈正相关，如 GLUT1 与 CD25 表达高度正相关，体现了代谢状态与 T 细胞激活的紧密联系。此外，CD4⁺ T 细胞和 CD8⁺ T 细胞在激活后的代谢上调模式存在差异，CD4⁺ T 细胞增强氧化代谢，而 CD8⁺ T 细胞则更多地增强 PPP 通量。
糖酵解抑制对 T 细胞的影响：2-FDG 抑制糖酵解后，T 细胞的激活和代谢受到显著影响 。CD25 的表达依赖于糖酵解，而 CD69 和 HLA-DR 的表达不受其影响。糖酵解抑制还导致部分代谢蛋白表达下降，但 GLUT1 表达维持不变，体现了代谢反馈调节机制。在细胞因子分泌方面，糖酵解抑制选择性地降低了 IL-13、IL-6 等细胞因子的产生，同时增加了 IL-8 和 GM-CSF 的分泌，表明糖酵解在调节 T 细胞细胞因子释放中起重要作用。
T 细胞记忆亚群的代谢差异：T 细胞记忆亚群（如中央记忆 T 细胞（TCM）、效应记忆 T 细胞（TEM）等）在代谢表型上存在差异 。TCM 和 TEM 表达较高水平的 ACAC、PRDX2 和 CPT1A 等代谢蛋白，而幼稚 T 细胞和终末分化效应记忆 T 细胞（TTEMRA）表达较低。糖酵解抑制后，TCM 细胞频率增加，而 TEM 和 TTEMRA 细胞频率减少，且 TCM 细胞的代谢蛋白表达和激活状态受到的影响与其他记忆亚群不同，表明 TCM 细胞在代谢上具有独特性和灵活性。
代谢与 GM-CSF 产生的关系：研究发现，激活的 T 细胞中 GM-CSF 的产生与代谢状态相关，TCM 细胞在糖酵解抑制时 GM-CSF 产生增加 。这一现象与 TCM 细胞独特的代谢状态有关，其高表达 GLUT1、ACAC 等代谢蛋白，且在糖酵解抑制下仍能维持较高的代谢活性，从而促进 GM-CSF 的产生。
总结
代谢修饰与肿瘤免疫治疗
Met-Flow 技术能够在单细胞水平同时分析多种免疫细胞亚群的代谢状态，揭示了免疫细胞亚群的代谢异质性以及代谢状态与细胞激活、成熟和功能的关系 。该技术有助于深入理解免疫反应的代谢基础，发现新的免疫代谢靶点，为开发针对免疫相关疾病的治疗策略提供理论依据。
Reference
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https://pubmed.ncbi.nlm./32533056/