Nature Methods 选出2024年度技术：空间蛋白质组学

      在生物科学飞速发展的时代，每一次技术的突破都可能成为解锁生命奥秘的重要钥匙。

      近日，空间蛋白质组学（spatial proteomics）被 Nature Methods 评选为2024年度技术，彰显了其在揭示生物复杂性、推进精准医学和癌症研究中的革命性作用。

      空间蛋白质组学以其创新技术和多组学整合能力，为理解细胞、组织和器官的功能连接提供了关键工具，正在塑造生物科学的未来。

正如人类喜欢探索和绘制地图，如今我们正利用最前沿的方法绘制生物系统的 “蛋白质地图”。

空间蛋白质组学是一个涵盖多种技术的领域，这些技术能够分析组织切片中的蛋白质分布及其空间组织结构。这些方法包括循环免疫荧光（cycIF）、CODEX、迭代漂白扩展多重性（IBEX）、多重离子束成像（MIBI）、成像质谱细胞术（IMC）等。

文章还介绍了一种被称为 “深度视觉蛋白质组学”（DVP，deep visual proteomics）的新技术。它通过质谱结合激光显微切割技术，在单细胞分辨率下生成保留空间信息的蛋白质图谱。相较于传统方法，DVP突破了抗体限制，显著扩展了蛋白质组覆盖范围，为研究复杂样本提供了更多可能。

1 技术驱动的创新与突破

空间蛋白质组学的崛起，不仅得益于新兴技术的发展，还受到全球大型图谱项目的推动。

例如，人类生物分子图谱计划（HuBMAP）和人类肿瘤图谱网络（HTAN）等项目，正在生成高分辨率的蛋白质图谱，同时开发分析工具以深入挖掘这些数据。这些努力将蛋白质组学从 “美丽的图片” 推向更深层次的生物学发现。

2 评论与展望：空间蛋白质组学的多维度影响

文章特别邀请了多位领域专家撰写评论，深入探讨空间蛋白质组学的过去、现在和未来。

历史与发展

第一篇评论来自苏黎世大学的 Bernd Bodenmiller，他回顾了免疫荧光技术的发展历程，并分析了空间蛋白质组学在精准医学中的潜力。他指出，大型图谱的构建有助于揭示复杂组织的精细结构，并推动疾病研究和个性化治疗的实施。

计算挑战与改进

第四篇评论来自马克斯普朗克生物化学研究所的 Matthias Mann 和 Thierry Nordmann，以及哥本哈根大学的 Andreas Mund。他们强调了DVP技术在质谱敏感性提升和单细胞分辨率实现中的作用，并表示未来需要将DVP与其他组学技术相结合，以推动技术普及并最终实现临床应用。

评论中还特别提到组织膨胀技术，该技术通过物理放大生物样本，使其能够使用常规显微镜进行纳米级成像。Mann 等人提出，将组织膨胀技术与DVP相结合，有助于分离和分析亚细胞结构，揭示细胞组织的精细细节，这对于全面理解组织生理具有重要意义。

未来：多组学方法

最后一篇评论来自耶鲁大学的 Rong Fan，他探讨了空间蛋白质组学与其他组学（如空间转录组学、空间表观遗传学）的整合。文章指出，只有通过多组学技术的结合，才能更全面地解析生物系统的复杂性。

3 未来发展方向与技术展望

文章不仅肯定了当前空间蛋白质组学技术的卓越能力，还对其未来发展提出了具体展望。

首先，技术的改进将推动实验能力的提升，包括更高分辨率的显微镜、更高效的样本标记方法和更广泛的蛋白质覆盖范围。此外，计算工具的发展是关键，未来需要更强大的算法和更好的元数据管理体系，以支持大规模数据的整合和共享。

值得关注的是，空间蛋白质组学技术的临床转化将成为重要方向。通过优化癌症治疗策略和指导个性化医疗，这些技术有望直接造福患者。同时，多组学技术的整合将继续推进，为研究者提供更多维度的生物信息。

空间蛋白质组学被 Nature Methods 评为今年的年度技术，不仅反映了其在生物学研究中的重要地位，也展现了其在技术创新和临床应用中的广阔前景。

从精准医学到多组学整合，空间蛋白质组学正在构建一幅关于生物复杂性的全新地图。未来的研究，将在更高分辨率、更广覆盖范围和更综合的多组学整合中，解开更多生命的奥秘。

随着新技术的引入和全球协作的深化，我们可以期待空间蛋白质组学在未来几年内释放出更多潜力，为破解生命科学难题提供强大助力。

延伸阅读：

Mann团队的深度视觉蛋白质组学（DVP）研究

DVP流程及皮肤药物反应中角质形成细胞的细胞类型特异性蛋白质组分析

研究通过体外和体内模型验证了JAK抑制剂（如tofacitinib、baricitinib、abrocitinib和upadacitinib）能够有效降低角质形成细胞的细胞毒性，减少皮肤损伤，并加速上皮恢复。

在病例研究中，7位TEN患者接受JAK抑制剂治疗后，均显示出显著的临床改善，表皮再生迅速且无副作用，表明JAK抑制剂有望成为TEN的有效疗法。

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组织膨胀蛋白质组学分析流程 FAXP

2024年10月30日，西湖大学医学院 / 生命科学学院 / 西湖实验室 / 未来产业研究中心郭天南团队和西湖大学生命科学学院 Kiryl D. Piatkevich 团队合作在 Nature Communications 上发表了空间蛋白组学新研究，介绍了滤膜辅助膨胀蛋白组学（FAXP, Filter-aided expansion proteomics）技术在空间蛋白组学中的应用。

此次新的组织膨胀蛋白质组学分析流程 FAXP，在原有的 ProteomEx 技术基础上进行了一系列步骤优化，包括切片制备、组织孵育、组织变性与染色等，以加速样品处理的时间、提高样品制备的通量、提升处理样本分辨率，并使其与临床FFPE组织样本相兼容，首次实现了石蜡切片中单个细胞核形状的深度蛋白质组分析。

FAXP工作流程

FAXP结合了基于水凝胶的组织膨胀、滤膜辅助的样本制备流程和基于质谱的蛋白质组学，在膨胀蛋白质组学领域实现了针对临床FFPE样本和亚细胞蛋白质组学分析的突破。

通过引入更高效、精细的样本处理流程，FAXP为多种组织样本的空间蛋白质组学分析提供了新方案，文章在结直肠癌（CRC）研究中展示了其应用潜力。

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西湖欧米现已推出FAXP™️试剂盒和配套的科研服务，可为广大科研人员提供助力。