Orbitrap Exploris 240“力挑”单细胞脂质分析难题——揭秘辐射对癌细胞的隐藏影响

脂质是细胞生命活动的核心参与者，既是构成细胞膜的 “骨架”，也是调控细胞增殖、应激响应的信号 “信使”。其代谢状态与癌症放疗的疗效及副作用密切相关 —— 放疗不仅会影响直接照射的癌细胞，还可能通过 “辐射诱导旁观者效应（RIBE）” 损伤周边健康细胞，甚至诱发继发癌症，而脂质代谢异常正是这一过程的关键调控环节。

传统脂质组学分析大量细胞的平均信号，会掩盖单细胞间的异质性，无法捕捉 “旁观者细胞” 的特殊代谢变化；质谱成像技术虽能实现单细胞定位，却需固定细胞，破坏脂质原生状态，且难以区分同分异构体脂质分子。更核心的难题在于，单细胞样本体积仅几pL、脂质含量达pg级，低丰度脂质检测难、样本易氧化降解，导致跨实验室验证无法实现，严重制约了技术标准化与推广。

单细胞脂质分析最直观的挑战是 “样本量极少”—— 单个 PANC-1 胰腺癌细胞的脂质总量仅 pg 级，传统质谱常因灵敏度不足，容易遗漏与辐射应激、耐药性相关的低丰度脂质，导致研究结论片面。

OE240 通过硬件设计的优化实现了灵敏度突破：其搭载的高分辨 Orbitrap 质量分析器，MS1 分辨率达 60,000、MS2 分辨率达 15,000，结合Nan LC 系统，可减少样品稀释，降低背景干扰，显著放大低丰度脂质信号（表1为Nano LC-OE240测试方法参数）。

表1. OE240仪器参数设置

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研究数据充分验证了其灵敏度优势：OE240 共检测到 211 种高置信度脂质（经过人工确认），覆盖磷脂（PC、PE）、甘油三酯（TG）、鞘脂（SM）等 11 类脂质（图 2），其中 173 种在 12 个单细胞中稳定检出，缺失值极低，（图3）数据完整性远超采用分析流 LC-MS 的验证组（Q Exactive Plus 仅检出 103 种）。更关键的是，OE240 成功捕捉到含二十二碳六烯酸（DHA）的低丰度 PC 脂质（如 PC (38:6)），这类脂质在细胞中占比不足 0.5 mol%，却与癌细胞辐射抗性密切相关，传统质谱因灵敏度限制难以准确定量，而 OE240 的检测结果为揭示辐射应激下的脂质调控机制提供了关键数据（图4）。

单细胞样本的稀缺性决定了其无法像常规样本那样分两次进样（分别采用正负离子模式），传统单极性检测常遗漏难电离脂质，且难以区分同分异构体，导致脂质鉴定置信度不足。

OE240 的极性切换技术完美解决了这一问题：单次进样中每10次扫描自动切换正负离子模式，无需手动干预，既避免了样本浪费，又能同步获取两种电离模式的脂质信号，为脂质鉴定提供正交数据支撑。

这在研究中展现出双重价值：一方面显著提升脂质覆盖度 ——OE240 检测到的 211 种脂质中，24% 的脂质依赖负模式检出（图5），包括磷脂酰丝氨酸（PS）、部分磷脂酰肌醇（PI）等难正电离的脂质类别，若仅采用正模式检测，这些脂质将完全 “隐身”，无法完整呈现细胞脂质组图景；另一方面大幅提高鉴定置信度，以PC (18:0_20:4) 为例，正模式可测得其分子离子峰确认元素组成，负模式能通过碎片离子确认FA 20:4 脂肪酸链的存在，两者结合有效避免了同分异构体误判，让脂质鉴定从 “推测” 变为 “确证”。

单细胞脂质易受氧化、复溶波动影响，而跨实验室运输会进一步放大这些干扰，传统质谱对这类波动敏感，常出现 “同一样本不同实验室结果不一致” 的问题，阻碍技术标准化。

Orbitrap凭借出色的抗干扰能力，打破了这一限制。研究中，样本经冻干、氮气保护、室温跨国运输（英国→美国加州）后，OE240 对添加的 EquiSPLASH 内标（覆盖 11 类脂质）的检测相对标准偏差（RSD）仅为 24%，虽高于未运输样本的 13%，但无系统性偏差，说明运输带来的微小波动未影响数据可靠性。

更重要的是，OE240 检测结果与 Q Exactive Plus 检测结果的差异脂质重叠率达 73%（图7B）。核心结论 “受辐射组单细胞中PC (36:4) 丰度显著下降” 在两地实验室均能复现（图7C），充分证明Orbitrap的检测结果具有良好的稳定性与可重复性。这一优势打破了 “质谱检测需现场处理样本” 的限制，为单细胞脂质组学的跨实验室协作、技术标准化奠定了基础。

图7. 异地实验室的OE240（橙色）与Q Exactive Plus（蓝色）单细胞脂质测试结果展现了良好的重线性

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