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PCF空间单细胞蛋白组服务·让空间研究立足于每个细胞·

生物医学研究已经逐步进入空间和单细胞的时代，PCF（PhenoCycler Fusion）空间单细胞蛋白组，原名CODEX，是美国Akoya Biosciences公司开发出的一种创新性的空间原位单细胞成像技术。PCF基于超多重免疫染色原理，可在一张组织切片上同步进行超过100种蛋白标志物的检测，进而能够在空间原位对近百种细胞亚型的空间分布、位置关系、邻近距离等进行观察和测算。同时，PCF还可以对重要的功能蛋白在细胞中的定位与表达量进行分析和评估。

由于PCF能在空间原位对单细胞分辨率下的蛋白质进行高通量检测，解决了组织微环境中每个细胞的准确定义和精确分割。因此，PCF也成为其它空间技术的支撑性技术和质控技术。基于PCF的空间多模态研究正在成为生物医学研究的焦点。

PCF空间单细胞蛋白组服务——让空间研究立足于每个细胞（一）

1 PCF技术解决的科学问题
首先，PCF技术是从蛋白表达水平定义细胞类型，相较于RNA层面的细胞定义更加准确。同时，PCF技术是在组织原位上基于显微镜拍摄技术进行成像，能够做到细胞位置的精确定位和单细胞精细分割。基于这些技术原理上的先进性，PCF技术极大地拓展了组织微环境研究在“原位、单细胞、多维度”层面的可能性，提升了疾病机制解析和靶点发现研究的层次，更重新定义了精准医学向空间生态转移的实践路线。

2 PCF解析器官组织空间结构
这项发表在《Nature》上的研究论文，通过整合多组学技术和空间分析，系统揭示了肺纤维化（IPF）进程中基质重塑的关键细胞和分子机制。通过36种蛋白质标记物对人类IPF患者（n=6）和正常肺组织（n=3） 进行PCF成像检测，解析了细胞类型及空间分布。主要发现了成纤维细胞不同亚型：CSMD1+成纤维细胞：高表达促纤维化标志物（SPP1、CTHRC1、IL-6），主要分布于高纤维化区域。CD248+成纤维细胞：低表达促纤维化因子，高表达潜在抗纤维化分子，多位于纤维化边缘或细胞稀疏区。 PDGFRα+成纤维细胞：可能为静息态成纤维细胞，与肺泡II型（ATII）细胞邻近，可能参与肺泡上皮修复。PCF技术的应用凸显了微环境在疾病进展中的重要性，为精准医学提供了方法论参考。

Guo, et al. Nature. 2025.

《Nature Genetics》上发表的这项研究通过整合多组学和空间技术，构建了小鼠肾脏从胚胎到老年的分子图谱，揭示了性别相关的基因调控网络及其与激素、衰老的关系。并在人类样本中通过PCF空间单细胞蛋白组进行了验证。通过检测22种抗体，确认了SOCS2与近端小管标志物LRP2共定位，排除其他肾段干扰。揭示了CYP4B1在PT(S3)的富集，支持snRNA-seq中PT分段的生物学意义。PCF空间单细胞蛋白组在单细胞分辨率下验证了肾脏性别二态性的关键分子（如SOCS2、CYP4B1），并揭示其解剖定位的特异性。这些发现不仅支持转录组数据的可靠性，还为理解性别差异的生理与病理机制提供了蛋白层面的直接证据。

Chen, et al. Nat Genet. 2025.

骨髓微环境中的非造血细胞对造血干/祖细胞（HSPCs）的维持和分化至关重要。这篇《Cell》的研究通过整合scRNA-seq和PCF空间单细胞蛋白组，深入解析了人类骨髓微环境的细胞组成和空间结构，揭示了非造血细胞的异质性及其在造血调控和疾病中的关键作用。PCF空间单细胞蛋白组检测了53种抗体，总共分析了12例样本，诠释了32种细胞类型。通过细胞空间邻近分析，研究者描绘了髓系细胞从HSPC细胞分化的空间分布路径：HSPCs定位于脂肪细胞生态位中，最早的髓系祖细胞从这些HSPC分化出来，迁移到相对高氧的小动脉内皮-骨内膜生态位区域，最后迁移到窦状动脉附近并分化成熟，它们利用窦状动脉从骨髓进入血液。

Bandyopadhyay, et al. Cell. 2024.

这篇发表在《Nature》上的研究利用PCF空间单细胞蛋白组技术分析了不同肠道区域细胞类型的复杂性，以及细胞组织成不同的多细胞结构生态位。研究分析了来自8例健康捐献者的小肠和结肠样本，总共64张组织切片。PCF空间单细胞蛋白组总共分析了270多万个单细胞，注释了25种细胞类型，覆盖了不同的基质细胞、表皮细胞和免疫细胞类型。细胞邻域（Neighborhood）分析鉴定了4个结构单元（粘膜、外肌层、粘膜肌层、粘膜下层）中不同的细胞类型和互作关系网络。不同细胞亚型在不同肠道区域的占比和密度不尽相同，说明了肠道不同区域的功能异质性。

Hickey, et al. Nature. 2023

这项发表在《Nature》上的研究利用PCF空间单细胞蛋白组同步检测了34个抗体，揭示了乳腺不同区域（导管、小叶、间质）的细胞组成差异，为理解区域特异性肿瘤发生提供了基础。导管和小叶中T/B细胞的富集提示局部免疫监视机制，可能影响乳腺癌免疫治疗响应。成纤维细胞亚型的空间分隔可能调控上皮分化或纤维化进程。PCF蛋白数据与转录组的整合，为乳腺生物学和疾病机制提供了多维视角。

Kumar, et al. Nature. 2023.

这篇发表于《Nature》的研究通过PCF空间单细胞蛋白组分析了早期2型糖尿病中β细胞功能障碍微环境调控机制。PCF总共检测了18例胰腺组织样本。结果发现了血管细胞在T2D患者的细胞邻域之间具有显著相关性。T细胞在患者中显示出非常特异性的细胞邻域相关性：主要是在内皮细胞和α细胞为主的细胞邻域之间，以及β细胞和巨噬细胞为主的细胞邻域之间。这些结果说明了在患者的胰岛中血管细胞和T细胞与其他特定细胞类型的空间关系发生了显著的改变。

Walker, et al. Nature. 2023.

3 PCF关联的空间多模态研究
以多种组学为主体的空间多模态研究已成为揭示复杂生物系统运行机制的关键方法学体系。该体系首先利用PCF技术在清晰解析组织中各类细胞的空间分布、空间距离、邻近关系的基础上，再通过空间转录组、空间蛋白组、空间代谢组等空间技术，将基因表达、蛋白表达、代谢物表达与细胞的空间定位进行整合，从而获得组织中每个细胞的互作关系及功能表现。
 

在空间多模态研究中，细胞的精确分割和原位注释是最核心的环节，PCF技术采用抗体染色和显微镜拍摄的方式，真正做到单细胞原位成像，是引领其他空间技术的核心技术。