在肿瘤研究的这条攻坚之路上，顶尖科研学者选择的技术路线往往指引着技术突破的方向。近日，美国科学促进会（The American Association for the Advancement of Science，AAAS，全球最具影响力的综合性科学组织之一，杂志Science隶属于该学会）会士、日本国立癌症中心研究所癌症免疫学部门主任，同时担任名古屋大学研究生院医学系免疫学系教授的西川博嘉教授，正式购入HAWK蛋白功能分析系统，联用已有的CyTOF（质谱流式细胞术）设备，更进一步提升了团队科研实力。
 

图1 西川博嘉教授
 

西川教授作为肿瘤免疫治疗领域的知名专家，长期致力于CD4+调节性T（Treg）细胞在内的免疫抑制网络抑制抗肿瘤免疫应答的相关机制研究。他发现效应T细胞的关键抗肿瘤表型会受Treg细胞以“抗原依赖性”调控，这一发现不仅为肿瘤免疫研究开辟新方向，更对自身免疫、过敏、感染及移植等多领域的免疫应答机制研究具有普适性指导意义。近年，他提出“癌细胞基因组异常构建免疫抑制微环境”的创新概念，将研究推向免疫基因组精准医学层面。

从研究逻辑来看，西川教授始终围绕“免疫表型与功能的深度关联”展开，其实验室已有的CyTOF设备实现单细胞高通量表型分型，精准捕获Treg与效应T细胞的表型差异。然而，在“表型背后的功能调控机制”、“基因组异常对免疫功能的影响路径”等深层问题上，仍缺乏精准的功能解析工具。Hawk蛋白作用功能定量分析平台可以很好填补这一关键缺口，与CyTOF形成功能互补的联用体系。

本文，将简单介绍西川博嘉教授团队围绕HAWK与CyTOF联用而设计的技术路线。

以小鼠为例，选取荷瘤小鼠肿瘤组织或临床患者肿瘤穿刺样本，一部分样本制成单细胞悬液，用于CyTOF表型分析；另一部分样本制成组织切片，用于HAWK空间蛋白功能检测。

用CyTOF设备分析单细胞悬液样本，完成高通量单细胞表型分型。

与光谱流式细胞术不同，CyTOF利用金属同位素作为标记单元，有效避免串色的问题，可以实现数十乃至上百种细胞标志物的同时检测。因此，CyTOF能从复杂的细胞群体中，完成海量靶标的精准初筛——快速区分不同功能状态的细胞亚群，锁定与研究目标直接相关的核心细胞群体，同时捕捉癌细胞基因组异常所关联的表型特征。继而借助数据分析高效定位关键研究对象，比如药物处理后表型发生显著变化的特定细胞亚群，为后续功能解析明确核心方向，彻底摆脱传统研究中“大海捞针”式的细胞筛选困境，大幅提升研究效率（图2）。

 

图2 CyTOF（又称Mass cytometry）技术原理图
 

针对CyTOF初筛出的核心细胞群体，HAWK的整体实验流程与传统免疫荧光染色十分接近（图3）。然而，相较于免疫荧光染色较差的分辨率（200nm以上），QF-Pro具有极高分辨率，可以从功能层面的深度解析目标蛋白，完成从“表型筛选”到“机制挖掘”的递进。HAWK的原理是利用荧光能量共振转移（FRET）联合时间分辨荧光（FLIM）技术。当两种特定荧光基团靠的足够近（10nm以内）时，就会出现FRET现象，导致荧光寿命缩短，而这种荧光寿命的变化会被FLIM技术检测到。凭借这种超高的精度，HAWK可以精确判断目的标志物的实际距离是否达到10nm以内，这是目的标志物存在实际相互作用最有力的证据。正因为如此，HAWK有效避免了常规多重荧光或者其他技术单纯的空间重叠但并无相互作用的假阳性信号（分辨率达不到10nm）问题；不仅如此，由于荧光寿命缩短是荧光分子的内在属性，不受到浓度、酸碱度等外界条件影响，因此HAWK的QF-Pro技术可以精准定量分析，具有极高的稳定性和准确性。

图3 左图：HAWK实验染色流程；右图：HAWK QF-Pro检测原理示意图

通过生物信息学工具整合CyTOF的“表型数据”与HAWK的“功能数据”，结合已有的各种信号通路数据库（pathway分析）和蛋白功能分析数据库（GO分析）等，分析从细胞表型到功能状态再到整体调控机制的一整套系统结果。最终从定性和定量的角度研究针对特定肿瘤发生起到关键作用的基因、蛋白和细胞。

 

从技术协同逻辑来看，CyTOF与HAWK的联用形成了从大范围筛选确定目的靶标到深度验证目的靶标的一条路径：CyTOF以高通量优势解决“哪些细胞或哪些蛋白是关键研究对象”的问题，快速完成细胞群体的表型分型与筛选；HAWK则聚焦“这些关键细胞或蛋白的功能是什么、机制如何”的核心问题，提供高分辨率的功能解析数据。这种分工互补的模式，恰好匹配西川教授从“免疫表型观察”到“功能机制解析”的研究递进逻辑，让复杂的免疫调控网络研究变得更系统、高效。

HAWK Biosystems是一家源自西班牙的创新型生物科技企业，聚焦空间功能蛋白质组学领域，其核心技术 QF-Pro® 平台基于 FRET/FLIM（荧光共振能量转移 / 荧光寿命成像显微镜）原理， 具有超高分辨率、高特异性与灵敏度。

该系统以双抗体双位点捕获目标蛋白，以 10 nm 分辨率原位量化功能蛋白的空间图谱，精准量化组织中蛋白质的相互作用与功能状态，突破了传统技术仅能检测蛋白质表达的局限。适用于如石蜡包埋的切片、固定的组织切片、固定的孔板内细胞等；广泛用于蛋白-蛋白相互作用，蛋白翻译后修饰，免疫治疗有效性评估、肿瘤微环境信号解析、药物靶点原位验证等方向。 

环亚生物科技有限公司（APG BIO）已正式成为 HAWK Biosystems 在中国地区的独家代理商，全权负责 HAWK 核心技术与产品的全链条事务。作为深耕中国生命科学领域的专业服务商，环亚生物将依托自身成熟的技术支持体系与市场网络，为国内研究者提供 QF-Pro^® 空间蛋白质定量分析平台的推广、销售、应用培训及售后保障等一站式服务。

 

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