《Nature》在2022年发表了7项年度重点关注技术，其中特别指出了空间多组学技术（Spatial omics），从基因组、转录组、表观组和蛋白质组等多维度解析生物组织微环境（Nature, 2022, 601, 658-661）。众所周知，蛋白质是生命功能的执行者，解析蛋白质在时间、空间的特异性表达，是了解组织、疾病微环境异质性、疾病发生发展和药物作用机制等方面最直接有效的手段。
（一）什么是空间蛋白组？
与通过传统整体组织检测得到的均质化信息不同的是，空间蛋白组可以精细地获取组织内不同细胞和不同功能区域的蛋白质表达情况。如下图所示，目前可以进行空间层面的蛋白质检测技术主要分为两类：基于抗体的IHC、IF等，以及基于显微切割、质谱的空间蛋白质组。
目前可分析空间等级的蛋白质检测技术
（Expert. Rev. Proteomics, 2021, 10, 845-861）
对于基于抗体的技术而言，普遍用于靶向检测目标细胞的空间分布及验证性实验，受限于抗体数量的限制，无法进行无偏差的蛋白质组发现检测。而基于质谱的空间蛋白质组技术则是通过显微切割，获取组织切片中特定的细胞类群或组织结构，从而进行无偏差的蛋白质组检测，通常单个样本的蛋白质检出数可达近万种。为揭示组织微环境异质性、细胞亚群的空间分布、疾病发展机制等方面提供了坚实可靠的数据基础，帮助我们更好地理解细胞间的信号转导。
（二）什么是空间可视化蛋白质组？
传统的空间蛋白质组普遍基于HE染色结果，要求深厚的病理学经验加以辅助选取切割区域，并且无法对于细胞亚群进行更为精细的区分，也无法完成对于细胞亚群的精细切割。而空间可视化蛋白质组技术是集成特异性细胞亚群识别、单细胞分辨率显微切割及超微量样本前处理的整体方案，允许对同一张切片进行多重免疫荧光和高深度质谱检测，这就是空间可视化蛋白质组独特的技术优势。
下图显示了对小鼠脾脏样本的实测案例，分别标记了B细胞（红色）、T细胞（绿色），两者均获得了高深度的蛋白质检出，PCA分析显示两类细胞群有明显的分离，证明选取策略、显微切割策略的有效性。
实测案例：小鼠脾脏FFPE样本，0.1m㎡，4μm
左图：免疫荧光标记B细胞（红色）、T细胞（绿色），右上图：蛋白质鉴定数量，右下图：PCA分析
（三）空间可视化蛋白组的应用？
随着对组织微环境研究的愈加深入，空间可视化蛋白质组为我们提供了全新的研究视角：
疾病分子机制研究
自2003年人类蛋白质图谱计划（Human Protein Atlas）启动以来，有关蛋白质图谱的研究层出不穷。在20年后由我国科学家领衔发起并主导的π-HuB计划正式推出，旨在绘制人体蛋白质组结构空间参比图谱，为精准治疗、个性化治疗提供坚实全面的数据基础。例如刚刚在bioRxiv上发表的Deep spatial proteomic exploration of severe COVID-19-related pulmonary injury in post-mortem specimens，通过空间蛋白质组绘制新冠肺损伤蛋白质图谱，来发现由新冠引发的通路失调，从而揭示肺损伤机制，该研究为后续治疗方案的开发提供了新的方向。
肿瘤异质性
自肿瘤微环境一直是近年来研究的热点所在，肿瘤中存在如免疫细胞、间质细胞等众多细胞类型，并且往往会形成不同的空间结构。通过空间可视化蛋白组识别有特异性表型的细胞亚群，并通过蛋白质组进一步解析该类细胞亚群的潜在功能，以此揭示肿瘤进化的机制。如2022年德国马普所的Matthias Mann教授在Nat. Biotechnol.上发表的Deep Visual Proteomics defines single-cell identity and heterogeneity，通过空间蛋白组解析原发性黑色素瘤肿瘤组织异质性。
药物靶点及标志物发现
通过将特异性细胞亚群和外部环境对比，获取特异性细胞亚群的蛋白质表达情况，能够获得更精准的诊疗标志物或疾病关键靶标蛋白。如2019年Nature发表的Proteomics reveals NNMT as a master metabolic regulator of cancer-associated fibroblasts，针对卵巢癌的癌细胞、基质细胞开展空间蛋白质组检测，发现并揭示了NNMT作为机制细胞对癌细胞转移的关键调控分子，为后续针对卵巢癌的靶向治疗提供了新的研究方向。
总体而言，空间可视化蛋白质组主要围绕异质性问题和超微量样本或单一类型细胞的数量稀少问题，通过可视化的成像和高灵敏度样品前处理方案，为后续研究组织微环境异质性、不同细胞亚群的空间分布和细胞间的互作通讯提供了全新升级的解决方案。
关于贝普奥生物
深圳市贝普奥生物科技有限公司是一家于2022年1月在深圳成立的蛋白质组学研发型高科技公司。作为蛋白质组学上游市场解决方案提供商，公司致力于对蛋白质组学领域的研发成果进行商业开发及转化。团队以受多项专利保护的蛋白质组学前处理系列产品为切入点，通过临床功能蛋白质组学技术平台为目标市场提供全流程解决方案。
公司核心成员在蛋白质组学、肿瘤生物学领域获得重大科研成果，超半数员工拥有博士、硕士学位及海外研究经历。充满创造力的团队立足于大湾区，服务全球，专注于降低蛋白质组学分析技术难度，提升其在创新标志物和创新药物研发全链条中的应用，以蛋白质组学技术为重大疾病提供精准诊疗策略。
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