近日，全球首个重症新冠患者肺损伤深度空间蛋白质组学图谱在《Cell Reports》上正式发表，相关工作由中国科学院武汉病毒研究所石正丽教授课题组联合南方科技大学田瑞军教授课题组和华中科技大学同济医学院周亦武教授课题组合作完成。作者收集了来自武汉的第一批重症新冠患者的FFPE肺部标本，通过结合激光显微切割技术和SISPROT蛋白质组前处理技术，从空间维度构建了不同生理病理结构的新冠肺损伤深度蛋白质表达特征图谱。
此前，尽管已经发表了多篇新冠相关蛋白质组学文章，但大都是基于块状组织样品检测（bulk tissue），不可避免的损失了空间位置信息，无法更深入理解不同功能区域/生理结构在新冠感染后的病毒宿主互作及炎症反应机制。
图1. 空间蛋白质组学工作流程及分析验证流程
H&E空间蛋白质组学构建深度蛋白质图谱
作者通过H&E染色和病理分析确定了新冠患者和对照样品的3种关键肺部结构（肺泡上皮AE、支气管上皮BE和血管VE）和新冠患者4种标志性病理改变区域（细支气管粘液栓BMP、肺部纤维化PF、肺泡内炎性细胞浸润ASI和增生性ll型肺泡细胞HAT2）。对H&E染色切片进行单细胞分辨率的激光显微切割，共获取了71个样品用于后续蛋白质组学分析，以及构建重症新冠患者肺损伤的深度空间蛋白质组学图谱。作者使用了贝普奥生物独家专利的SISPROT前处理技术，不仅实现了微量组织样品的无损前处理，还大大减少了前处理时间，降低了批次效应的影响。每个区域仅使用1m㎡*5μm切片，在覆盖10个空间区域的71个样品中共定量超过10000种蛋白质，平均每个区域定量超过8500种蛋白质。通过与已发表的新冠患者肺部蛋白质组学数据比较发现，H&E空间蛋白质组学所发现的差异表达蛋白显著多于已发表数据，其中超过一半的验证蛋白是首次识别发现的。这一结果证明H&E空间蛋白质组学检测在疾病研究的必要性。
图2. 空间蛋白质组学选区及各区域蛋白质组学定量结果
7个病理区域分子特征分析
作者进一步对新冠患者的7个生理病理学区域进行功能聚类分析，以获取不同区域的特征性蛋白。并且通过GOBP分析揭示了每个区域特有的生物学过程，例如BE区主要富集了纤毛组织和纤毛运动，而AE区域主要富集了参与气体运输和细胞群体增殖通路等。通过功能聚类和GO分析，作者确定了ASI区域显著富集巨噬细胞，并通过IF染色验证了组学数据结果。不仅为新冠感染促使巨噬细胞的积累和激活提供了进一步的证据，也为新冠肺炎潜在治疗靶点的发现提供了进一步数据基础。此外值得注意的是，基于H&E空间蛋白质组作者获得了各个区域的受配体表达信息，因此作者进一步通过CellPhoneDB分析推断了区域间的细胞通讯，发现AE和BMP区域间的细胞通讯最为密切。
图3. 7个区域的功能聚类及受配体分析
综上所述，作者以H&E染色的组织学特征为导向，结合激光显微切割、SISPROT蛋白质组学样品前处理试及高分辨率质谱等多项技术，首次绘制了具有空间分辨率的新冠肺损伤深度蛋白质组学图谱。基于该方案所得到的空间蛋白质组学数据，为进一步揭示新冠肺损伤机制提供了全新的空间视角，也为探索重症新冠治疗干预的潜在靶点提供了坚实的数据基础。
贝普奥生物：H&E空间蛋白质组学
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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。
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