【微信图文】全球首发！全息空间蛋白质组学“透视”微观蛋白世界

景杰生物 | 报道

随着科学研究的深入和生物技术的不断突破，高精度高分辨率的空间组学技术越来越受到科学界的青睐，正在成为生命科学研究的关键驱动力。2020年空间组学被Nature Methods 评为年度技术方法之后，又登上Nature 2022年度值得关注的七大技术榜单，被誉为“生命科学”的下一个风口[1-2]。在过去的2023年，世界经济论坛发布了《2023年十大新兴技术报告》[3]，报告评选了未来最有潜力对世界产生积极影响的十大新兴技术，空间组学入选其中。与此同时，历史上最大癌症空间组学计划MOSAIC也已启动（Multi Omic Spatial Atlas in Cancer）[4]。之后的8月份，剑桥大学科学家在Science撰写题为“The dawn of spatial omics”的综述文章[5]，进一步明确了空间组学作为生命科学的新前沿，通过同时测量物理组织结构和分子特征来改变生物学的众多领域。

图1 空间组学：高“颗粒度”分子水平探究，加速对生物学的理解

从空间转录组的技术发展史看，其变化趋势是从靶向到平面，再到这几年报道的3D覆盖，这说明全面覆盖是空间组学的必然方向。现有的空间蛋白质组学主流技术是基于激光捕获显微切割（LCM）特定感兴趣区域（ROI）后进行LC-MS/MS质谱检测。受限于质谱仪器的通量，对于ROI的选取数量有极大的限制，这就导致很难全面覆盖组织微环境的空间蛋白质组学信息。

景杰生物自2021年6月首次推出空间蛋白质组以来，持续性地对技术与体系进行全面优化，完成了一次次空间蛋白质组学的革新突破。继去年8月份行业首发空间磷酸化后，现重磅推出“全息空间蛋白质组学”，支持组织微环境的全覆盖高深度蛋白质组空间检测，为空间蛋白质组学研究提供更有力的工具，并为空间多组学提供无限可能。

何谓全息？

全息空间蛋白质组学指在LCM切割联合LC-MS/MS检测的基础上，通过对组织微环境进行全面高精度的LCM切割以覆盖微环境中所有的区域，此后分别进行LC-MS/MS检测，从而实现对于组织微环境全息检测的技术。

为了更直观地说明什么是全息空间蛋白质组，小编做了以下示意图方便大家理解：

图2 什么是全息空间蛋白质组学

从上图不难发现，全息空间蛋白质组学实现了全覆盖、高精度、高通量的革命性进步，是现有常规空间蛋白质组学检测的绝对革新。

全息空间蛋白质组学内测数据

依托于景杰生物创新性10X Proteomics平台，景杰生物研发团队选择癌症石蜡样本，使用全流程的先进仪器设施，如徕卡冷冻切片机、数字玻片扫描系统和蔡司激光捕获显微切割仪进行一站式操作（图3）。经过烤片、脱蜡、复水、HE染色等一系列操作后成像，选择一定大小的目标区域，进行无间隔地切割取样。酶解后使用Orbitrap Astral / timsTOF最新款高性能质谱平台进行蛋白质组学检测，从而得到与组织微环境图像匹配的全覆盖空间蛋白质组学数据。

图3 全息空间蛋白质组学检测流程

通过对目标区域进行全覆盖检测，得到了带有空间位置信息的100份蛋白质组学数据，每份数据对应精细组织，无间隔地构成了“全息”的空间蛋白质组学数据集。这些数据集共检测到5500多个蛋白，平均每个样本可检测到4100多个蛋白，是目前最大最全面的全息空间蛋白质组学数据集之一（图4）。

图4 全息空间蛋白质组学数据展示

全息空间蛋白质组学生信分析

对于全息空间蛋白质组学得到的庞大数据集而言，如何有效地利用生信分析手段进行挖掘和展示是大家的重要关注点。为此，景杰生物生信和人工智能团队借鉴空间转录组的分析经验，针对全息空间蛋白质组学开发了一系列工具（图5），帮助我们“看得见、挖的深、画得漂亮、画得清晰”。

图5 全息空间蛋白质组学生信分析总览

通过以上数据分析方案，可实现与空间转录组学类似的：全息空间样本点无监督聚类分析、类间差异分析/差异蛋白功能注释、单个差异蛋白空间可视化、基于清晰的组织病理特征注释和指定病理分组差异分析、基于反卷积等算法注释细胞类型得分/比例等等个性化分析（图6）。相信这样一套分析的组合拳，一方面可以将蛋白信息清晰还原到组织空间微环境中，另一方面也可以与临床病理信息精准结合，定会成为空间蛋白质组学研究的标杆，加速精准医学和基础研究。

图6 部分全息空间蛋白质组学生信分析展示

景杰生物空间蛋白质组学整体性解决方案

随着本次全息空间蛋白质组学发布，景杰生物已搭建成全球首个结合空间蛋白质组学、空间磷酸化修饰组学以及全息空间蛋白质组学的一站式空间组学平台（图7）。包含了既可以满足个性化选取不规则点位进行蛋白质组精准检测的空间蛋白质组学，又可以进行个性化选取不规则形状点位进行磷酸化修饰精准检测的空间磷酸化修饰组学，本次又实现对组织微环境进行高分辨率全覆盖式蛋白质组精准检测的全息空间蛋白质组学，满足蛋白质组研究的多项需求，为空间蛋白质组学研究提供更多选择。

图7 景杰生物空间蛋白质组学整体性解决方案

景杰生物空间蛋白质组学整体性解决方案有以下特点：

1. 基于景杰生物创新性10X Proteomics平台：作为蛋白质组学与修饰组学分析行业领跑者，景杰生物拥有业内最高规格的高分辨质谱集群（包含3台最新款的Thermo Orbitrap Astral和Bruker timsTOF最新款）。

2. 硬件设施齐全的空间组学一站式操作平台：景杰生物配备了覆盖空间蛋白质组学样本制备全流程的先进仪器设施，如德国莱卡冷冻切片机、数字玻片扫描系统和德国蔡司激光捕获显微切割仪，可提供一站式全流程服务。

3. 细胞级个性化切割：景杰生物可采用HE/IHC/IF等染色成像技术实现组织区域或细胞类型识别，再结合激光捕获显微切割LCM技术准确获取特定细胞群。该流程可实现细胞级个性化切割，极大地提升了复杂空间结构研究的灵活性与适用性。同时，最小切割面积低至0.005~0.01 mm2，也保障了空间蛋白质组研究的精细度和准确性。

4. 检测深度高：景杰生物4D-Spatial DIA空间蛋白质组技术，能在0.01 mm2 ×10 μm的常规组织样本（约50~100个细胞）中，实现平均检测深度大于4000个蛋白质的检测，高精度、高深度、高重复性地呈现空间微尺度分子景观。

5. 项目经验丰富：相较于常规蛋白质组学，空间蛋白质组学在样本前处理上的复杂环节对于技术熟练度及样本处理经验的要求极高。景杰生物作为国内最早推广空间蛋白质组学的公司，已完成超100余项空间蛋白质组项目，处理近1000例样本的显微切割，丰富的项目经验能够为高复杂、高要求、高精度的空间组学项目保驾护航。

6. 高分合作标杆文章：景杰生物已有多篇空间蛋白质组学合作高分文章发表。比如与华中科技大学附属同济医院的马丁院士团队在Nat Genet上合作发表的首篇宫颈鳞癌整合空间组学分析揭示肿瘤免疫微环境景观；与昆明理工大学的司维教授、季维智院士及王正波研究员团队合作发表于Nat Commun上的时空蛋白质组学揭示猕猴大脑发育图谱研究；与南方医科大学南方医院苗芸教授团队合作发表于Am J Transplant上的空间蛋白质组学揭示BK多瘤病毒相关疾病发生机制研究。

空间蛋白质组学正处于快速发展的时代，不断有重磅成果产出，追赶并超越空间转录组的脚步。我们也逐渐能看到，空间蛋白质组学的风口已不是未来，而是当下。随着空间组学从靶向到覆盖的发展趋势，空间维度的功能解析对于精准医学的推动作用也无限放大。作为生命活动的功能执行分子，以空间蛋白及空间磷酸化为主导的空间多组学也将引领下一代“精准蛋白基因组学”的新浪潮。景杰生物作为空间蛋白质组学的先驱和引领者，将不遗余力全面推进空间蛋白质组学的技术进步，为前沿研究保驾护航！

参考资料：

1. Marx V. et al. 2021. Method of the Year: spatially resolved transcriptomics. Nat Methods.

2. Michael Eisenstein. et al. 2022. Seven technologies to watch in 2022. Nature.

3. https://cn.weforum.org/

4. https://www.mosaic-research.com/

5. Bressan D. et al. 2023. The dawn of spatial omics. Science.