基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)已成為一種強(qiáng)大的技術(shù)，可用于定量細(xì)胞或組織中的全部蛋白質(zhì)。隨著液相色譜-質(zhì)譜（LC-MS）分析微量蛋白質(zhì)（低至單個(gè)細(xì)胞水平）技術(shù)的發(fā)展與成熟，單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)也應(yīng)運(yùn)而生。這一技術(shù)通過結(jié)合高內(nèi)涵成像、人工智能和單細(xì)胞激光微分離技術(shù)，基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)提供了接近功能水平的無偏分子讀數(shù)。其潛在應(yīng)用范圍從基礎(chǔ)生物學(xué)問題到精準(zhǔn)醫(yī)療。2024年Nature Methods雜志將空間蛋白質(zhì)組學(xué)評選為年度技術(shù)。

空間蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)簡介

目前空間蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)主要包括基于標(biāo)簽（寡核苷酸標(biāo)簽、抗體-barcode-熒光試劑、抗體金屬標(biāo)簽）和質(zhì)譜的單細(xì)胞蛋白質(zhì)檢測技術(shù)，其中基于標(biāo)簽的空間蛋白質(zhì)組學(xué)為靶向蛋白質(zhì)檢測技術(shù)。而質(zhì)譜單細(xì)胞檢測技術(shù)與激光顯微切割技術(shù)的結(jié)合真正實(shí)現(xiàn)了特定空間的蛋白質(zhì)表達(dá)探索?；诖丝梢詫?shí)現(xiàn)對病理切片中特定空間位置組織微環(huán)境（如單細(xì)胞空間定位、組織結(jié)構(gòu)等）在成像及蛋白表達(dá)等層面進(jìn)行系統(tǒng)的定位、定性和定量分析。這為揭示組織微環(huán)境高度異質(zhì)性、不同細(xì)胞類型的空間分布、細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，以及對癌癥等重大疾病的發(fā)展機(jī)制研究提供了重要的分析工具

空間蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)路線圖

空間單細(xì)胞結(jié)果展示

1. 胰腺導(dǎo)管腺癌腫瘤微環(huán)境的空間蛋白質(zhì)組異質(zhì)性圖譜

南方科技大學(xué)田瑞軍教授課題組在Nature communications雜志發(fā)表了題為“Multimodal single cell-resolved spatial proteomics reveals pancreatic tumor heterogeneity”的研究。本研究展示了多模態(tài)的空間細(xì)胞類型蛋白組學(xué)技術(shù)Spatial and Cell-type Proteomics（SCPro），在單細(xì)胞分辨率下揭示了胰腺癌病理切片組織的異質(zhì)性。

2. 空間蛋白質(zhì)組精準(zhǔn)反應(yīng)干細(xì)胞分區(qū)

2023年10月，丹麥哥本哈根大學(xué)Matthias Mann教授課題組在Nature Methods期刊發(fā)表的題為 “Spatial single-cell mass spectrometry defines zonation of the hepatocyte proteome ”的研究成果，通過高分辨率成像、激光顯微切割、單細(xì)胞質(zhì)譜分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等研究方法，研究開發(fā)一種全新的空間分辨的單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)方法，成功獲得了肝臟組織中單細(xì)胞的蛋白質(zhì)組信息。研究發(fā)現(xiàn)肝臟組織中的細(xì)胞蛋白質(zhì)組在空間上存在明顯的異質(zhì)性，特別是靠近中央靜脈的蛋白質(zhì)組發(fā)生了顯著變化。

3. 近期其他代表性文章

l 斯坦福大學(xué)Sean C. Bendall小組的一項(xiàng)最新研究提出了阿爾茨海默病特異性人類小膠質(zhì)細(xì)胞狀態(tài)的空間蛋白質(zhì)組學(xué)。該項(xiàng)研究成果發(fā)表在2025年7月22日出版的《Nature Immunology》上，題為“Spatial proteomics of Alzheimer’s disease-specific human microglial states”。

l 2025 年 11 月《Cell》期刊發(fā)表的《Intrinsic heterogeneity of primary cilia revealed through spatial proteomics》，通過抗體介導(dǎo)的空間蛋白質(zhì)組學(xué)與高分辨率 3D 共聚焦成像，在單細(xì)胞、亞纖毛水平解析了原發(fā)性纖毛的蛋白質(zhì)組特征，為纖毛功能研究與纖毛病診療提供了關(guān)鍵突破。

l 復(fù)旦大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員開發(fā)出一種名為全景空間增強(qiáng)分辨率蛋白組學(xué)（PSERP）的新方法，能夠快速定量分析整張組織切片中蛋白質(zhì)的空間多樣性，分辨率達(dá)到亞毫米級別。這一研究于5月26日發(fā)表在《Journal of Hematology & Oncology》雜志上“Panoramic spatial enhanced resolution proteomics (PSERP) reveals tumor architecture and heterogeneity in gliomas”。

空間蛋白質(zhì)組學(xué)展望

l 基于質(zhì)譜的單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)在短短幾年內(nèi)取得了巨大的進(jìn)步，空間蛋白質(zhì)組學(xué)作為空間組學(xué)的最重要的一環(huán)也日漸成熟與穩(wěn)定。

空間蛋白組學(xué)技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，涵蓋多個(gè)重要領(lǐng)域。它有助于揭示腫瘤微環(huán)境中蛋白質(zhì)的空間分布和相互作用，深化對腫瘤發(fā)展、轉(zhuǎn)移和耐藥機(jī)制的理解，并為個(gè)性化治療提供依據(jù)。通過空間蛋白組學(xué)的研究也可以幫助鑒定和定量組織中的生物標(biāo)志物，為疾病診斷、預(yù)后評估和治療監(jiān)測提供支持。

除了在基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用，空間蛋白組學(xué)技術(shù)在藥物研發(fā)領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用。通過研究藥物與蛋白質(zhì)的相互作用和定位，可以評估藥物的效力和特異性，優(yōu)化藥物設(shè)計(jì)和篩選過程，從而加速藥物研發(fā)過程，提高藥物的療效和安全性。
總的來說，空間蛋白組學(xué)作為新興領(lǐng)域，為研究組織微環(huán)境的異質(zhì)性、不同細(xì)胞類型的空間分布以及細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系提供了全新的視角。通過應(yīng)用空間蛋白組學(xué)技術(shù)，我們可以更深入地了解蛋白質(zhì)的功能、相互作用以及在生物過程中的作用，為生命科學(xué)研究和醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了重要的支持。