单细胞多组学整合分析时代：BD Rhapsody™ 平台技术原理与应用前景

单细胞多组学整合分析时代：BD Rhapsody™ 平台技术原理与应用前景

内容简介：
本文深入剖析了单细胞多组学技术的现状与未来，重点介绍了BD Rhapsody™单细胞分析平台基于分子标签（Molecular Indexing）的核心技术原理。文章详细阐述了其微球捕获系统、全转录组与靶向mRNA分析、以及蛋白表面标志物（BD AbSeq）同时检测的能力，并探讨了其在解析细胞异质性、发育轨迹和罕见细胞群体鉴定中的巨大价值。

关键词： 单细胞多组学、分子标签索引、全转录组测序、靶向分析、细胞图谱

正文：

生物学系统的复杂性根植于细胞的异质性。传统批量测序技术只能提供细胞群体的平均信号，无法揭示其中单个细胞的状态和功能。单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术的爆发式发展，使我们能够以分辨率解析组织器官的细胞组成图谱。然而，单纯的转录组信息有时不足以精确定义细胞类型和状态，整合蛋白表达、免疫组库等信息的多组学（Multi-omics）分析正成为新的前沿。

BD Rhapsody™单细胞分析平台是这一领域的杰出代表，其技术路径为解决单细胞多组学整合分析提供了强大而灵活的解决方案。

Rhapsody™平台的核心是基于微球的分子捕获系统。其捕获微球上布满了数十万条寡核苷酸引物，每条引物都包含三个关键部分：1) 用于捕获poly-A mRNA的oligo-dT序列；2) 一段分子标识符（Unique Molecular Identifier, UMI），用于标记和定量每一个被捕获的mRNA分子；3) 一段细胞标识符（Cell Label），同一个微球上的所有引物共享相同的细胞标识符，代表一个单独的“捕获室"。当细胞悬液与微球在特定孔板中混合，通过极限稀释确保每个微球最多结合一个细胞后，细胞裂解，mRNA被微球上的引物捕获并反转录成带有细胞和分子标签的cDNA。

这种分子标签索引（Molecular Indexing） 技术是Rhapsody™的基石。UMI的存在使得能够对转录本进行绝对定量，有效校正PCR扩增偏差，并区分真正的生物变异和技术噪音。而细胞标签则确保了来自同一个细胞的转录本被打上相同的“条形码"，后续在测序后可通过生物信息学方法进行溯源和归类。

Rhapsody™平台的突出优势在于其灵活的多组学分析能力：

• 全转录组分析：可对单个细胞中表达的所有mRNA进行无偏倚的检测，用于发现新的细胞类型、绘制发育轨迹、研究细胞间相互作用。

• 靶向mRNA分析：针对特定的基因Panel（如信号通路基因集、疾病相关基因集）进行定制化检测，以更低的测序成本和更深度的覆盖，对关键基因进行精准定量，特别适合大规模临床样本筛查。

• 蛋白表达同步检测（BD AbSeq）：这是实现真正多组学的关键。BD开发了寡核苷酸偶联的抗体（类似Fluidigm的CODEX技术），这些抗体能与细胞表面蛋白结合。在scRNA-seq建库过程中，这些抗体上偶联的DNA条形码也能被同时逆转录并测序。从而在一次单细胞分析中，同时获得来自同一细胞的转录组和蛋白质组（表面标志物）数据，极大地提高了细胞分型的准确性。

这种整合多组学的能力在免疫学、肿瘤学、神经科学等领域具有潜力。例如，在肿瘤免疫微环境研究中，可以同时鉴定肿瘤细胞、免疫细胞、基质细胞的不同亚群（通过转录组），并精确分析免疫检查点蛋白（如PD-1, CTLA-4）在T细胞亚群上的共表达情况（通过AbSeq），为免疫治疗提供更精准的生物标志物。

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综上所述，BD Rhapsody™平台凭借其基于分子索引的精准定量、灵活的分析模式和多组学整合的能力，正在推动单细胞研究进入一个更深入、更精准的新时代，为构建完整的人类细胞图谱和实现精准医疗奠定坚实的技术基础。