在单细胞水平进行肿瘤细胞和正常细胞的代谢物分析,对于早期的疾病诊断至关重要。然而,在基于质谱的单细胞代谢组学分析方法中,要想同时获取单细胞的一级质谱和二级质谱以进行未知代谢物的结构鉴定,长期以来是个巨大的挑战。因为典型的哺乳动物单细胞的体积仅约为一皮升,无法满足常规分析方法的检测要求[1]。为了解决单细胞质谱分析领域的这一瓶颈问题,我们在前期研究的基础上[2, 3],建立了基于液滴微萃取和皮升电喷雾的单细胞分析方法。该方法先使用微液滴对单个细胞中的代谢物进行萃取,然后使用我们开发的非接触式的皮升电喷雾离子源对萃取液进行离子化,随后进行高分辨质谱分析。液滴微萃取的采样方法可以在避免过度稀释样品的同时,解决单细胞中的基质干扰问题,提高代谢物的检测灵敏度。皮升电喷雾的使用,则能把质谱信号的持续时间延长至分钟级,满足大量二级质谱的采集需求。通过使用该方法,我们分别在单个神经胶质瘤细胞和正常星形胶质细胞中,成功检测到超过1000个分子的精确质量数,并在单次测定中采集到了超过600张二级质谱图。这些丰富的信息为单细胞中大量未知代谢物的结构鉴定提供了巨大帮助。通过对特征子离子的分析,我们准确鉴定出了单细胞中超过300个磷脂酰胆碱类分子。利用主成分分析,我们成功地将神经胶质瘤单细胞和正常星形胶质单细胞分成了两类。我们发现,神经胶质瘤细胞中不同磷脂酰胆碱的比值,如PC(32:1)/PC (32:0),显著高于正常星形胶质细胞。除此之外,我们通过二级质谱准确鉴定出了PC (17:1)和PE (20:1)这一对同分异构体,并且发现在神经胶质瘤细胞中同时含有PC (17:1)和PE (20:1),而在正常星形胶质细胞中只含有PC (17:1)。据我们所知,在肿瘤细胞与正常细胞中发现这样的同分异构体的含量差异,尤其是在单细胞层面,尚属首次。我们的方法可以从单个细胞中获取丰富的一级质谱与二级质谱信息,并且能从多维数据的角度对不同的单细胞进行区分。该方法有望用于包括干细胞分化、癌细胞耐药性在内的多种重大生命科学问题的研究。