單細胞多組學整合分析時代：BD Rhapsody™ 平臺技術原理與應用前景

內容簡介：
本文深入剖析了單細胞多組學技術的現狀與未來，重點介紹了BD Rhapsody™單細胞分析平臺基于分子標簽（Molecular Indexing）的核心技術原理。文章詳細闡述了其微球捕獲系統、全轉錄組與靶向mRNA分析、以及蛋白表面標志物（BD AbSeq）同時檢測的能力，并探討了其在解析細胞異質性、發育軌跡和罕見細胞群體鑒定中的巨大價值。

關鍵詞： 單細胞多組學、分子標簽索引、全轉錄組測序、靶向分析、細胞圖譜

正文：

生物學系統的復雜性根植于細胞的異質性。傳統批量測序技術只能提供細胞群體的平均信號，無法揭示其中單個細胞的狀態和功能。單細胞RNA測序（scRNA-seq）技術的爆發式發展，使我們能夠以分辨率解析組織器官的細胞組成圖譜。然而，單純的轉錄組信息有時不足以精確定義細胞類型和狀態，整合蛋白表達、免疫組庫等信息的多組學（Multi-omics）分析正成為新的前沿。

BD Rhapsody™單細胞分析平臺是這一領域的杰出代表，其技術路徑為解決單細胞多組學整合分析提供了強大而靈活的解決方案。

Rhapsody™平臺的核心是基于微球的分子捕獲系統。其捕獲微球上布滿了數十萬條寡核苷酸引物，每條引物都包含三個關鍵部分：1) 用于捕獲poly-A mRNA的oligo-dT序列；2) 一段分子標識符（Unique Molecular Identifier, UMI），用于標記和定量每一個被捕獲的mRNA分子；3) 一段細胞標識符（Cell Label），同一個微球上的所有引物共享相同的細胞標識符，代表一個單獨的“捕獲室"。當細胞懸液與微球在特定孔板中混合，通過極限稀釋確保每個微球最多結合一個細胞后，細胞裂解，mRNA被微球上的引物捕獲并反轉錄成帶有細胞和分子標簽的cDNA。

這種分子標簽索引（Molecular Indexing） 技術是Rhapsody™的基石。UMI的存在使得能夠對轉錄本進行絕對定量，有效校正PCR擴增偏差，并區分真正的生物變異和技術噪音。而細胞標簽則確保了來自同一個細胞的轉錄本被打上相同的“條形碼"，后續在測序后可通過生物信息學方法進行溯源和歸類。

Rhapsody™平臺的突出優勢在于其靈活的多組學分析能力：

• 全轉錄組分析：可對單個細胞中表達的所有mRNA進行無偏倚的檢測，用于發現新的細胞類型、繪制發育軌跡、研究細胞間相互作用。

• 靶向mRNA分析：針對特定的基因Panel（如信號通路基因集、疾病相關基因集）進行定制化檢測，以更低的測序成本和更深度的覆蓋，對關鍵基因進行精準定量，特別適合大規模臨床樣本篩查。

• 蛋白表達同步檢測（BD AbSeq）：這是實現真正多組學的關鍵。BD開發了寡核苷酸偶聯的抗體（類似Fluidigm的CODEX技術），這些抗體能與細胞表面蛋白結合。在scRNA-seq建庫過程中，這些抗體上偶聯的DNA條形碼也能被同時逆轉錄并測序。從而在一次單細胞分析中，同時獲得來自同一細胞的轉錄組和蛋白質組（表面標志物）數據，極大地提高了細胞分型的準確性。

這種整合多組學的能力在免疫學、腫瘤學、神經科學等領域具有潛力。例如，在腫瘤免疫微環境研究中，可以同時鑒定腫瘤細胞、免疫細胞、基質細胞的不同亞群（通過轉錄組），并精確分析免疫檢查點蛋白（如PD-1, CTLA-4）在T細胞亞群上的共表達情況（通過AbSeq），為免疫治療提供更精準的生物標志物。

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綜上所述，BD Rhapsody™平臺憑借其基于分子索引的精準定量、靈活的分析模式和多組學整合的能力，正在推動單細胞研究進入一個更深入、更精準的新時代，為構建完整的人類細胞圖譜和實現精準醫療奠定堅實的技術基礎。