在整体组织或器官水平上进行蛋白质组学研究可以得到复杂的生物功能信息。但是，组织通常由位于不同解剖区域、具有显著异质性的大量不同种类的细胞组成。常规蛋白质组分析方法会不可避免地产生平均化效应，并伴随着大量空间信息的丢失 [1]。
单细胞组学技术的迅猛发展意味着研究人员可以在单细胞水平研究遗传学、转录组学、表观遗传学和蛋白质组学。然而，单细胞技术通过将这些细胞从其原生环境中剥离出来，牺牲了关键的空间信息 [2]，使得我们难以解析组织异质性等方面的问题。
空间组学 “应运而生”——
精确识别不同区域位置，解析组织细胞 “斑斓” 色彩
2022年，空间多组学被 Nature 列为最值得关注的七项技术之一 [2]。空间转录组学技术使我们能够从基因表达层面揭示不同组织和细胞的基因表达差异。但是，转录与蛋白质之间的相关性往往较低，而蛋白质是细胞功能的执行者，靶组织内的空间异质性分布在蛋白相关药物治疗很常见，准确定量这种空间不均匀分布至关重要，有助于揭示治疗成败的机制，并为直接治疗和工程干预提供理论支持。因此，进行单细胞/单细胞核分辨率的空间蛋白质组学分析尤为重要。
近日，空间蛋白质组学（spatial proteomics）被 Nature Methods 评选为2024年度技术 [3]，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。
西湖欧米「明星产品」
FAXP™ 单细胞和亚细胞器分辨率空间蛋白质组学
西湖欧米FAXP™（ Filter-aided expansion proteomics, FAXP）[4] 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高分辨率 Orbitrap Astral 质谱，使得研究者可以在组织水平进行单细胞/亚细胞器分辨率的空间蛋白质表达分析。
福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）组织是病理组织存储和分析的黄金标准，全球数以亿计的FFPE组织被储存在生物样本库中。因此，对FFPE样本的检测分析能力可极大扩展空间组学技术在临床问题中的应用范围 [5]。而FAXP™是一种适用于临床 FFPE 样本空间蛋白质组学分析的稳健工作流程。
FAXP™工作流程
新一代滤膜辅助的自动化组织膨胀空间蛋白质组学技术 (FAXP️™)，在前一代ProteomEx™（Proteomics + Expansion，可膨胀的蛋白质组技术）技术基础上实现了显著升级。与ProteomEx™ 相比，实现了：
● 自动化样品处理
● 体积分辨率提高14.5倍
● 分析速度提升了约一倍
● 蛋白质鉴定数量增加了255%
● 亚细胞器的蛋白质组学分析（与激光捕获显微切割技术LCM相结合）
FAXP™结合组织膨胀与滤膜辅助样本制备，处理 FFPE 组织时具有高通量、高深度和良好的重现性等优势。
01
产品特色 1
均一性 —— FFPE样本等比例膨胀
为了评估优化后的水凝胶对组织膨胀的影响，我们对小鼠肝脏FFPE切片在细胞和整个组织切片水平上进行了线性膨胀系数（linear expansion factors，LEF）和各向同性膨胀的定量分析。
在细胞水平上，采用1小时的锚定条件得到的细胞核LEF，与整个膨胀组织水平上测量到的LEF相当（单个细胞核的LEF为4.42±0.31，整个膨胀组织的LEF为4.69±0.17），这表明从细胞核到整个组织结构的膨胀模式是一致均匀的。
微观膨胀均一性（细胞水平，左：膨胀前，右：膨胀后）
宏观膨胀均一性（组织水平）
组织和单个细胞核的膨胀系数
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产品特色 2
高灵敏度、高鉴定量、高分辨率 —— Tip内酶解
Tip内酶解（In-tip digestion）在DDA和DIA模式下，无论是肽段还是蛋白质鉴定，都优于胶内酶解（In-gel digestion），特别是在体积小于3.054 nL的组织样本中表现尤为明显。
对于0.339 nL的组织体积，tip内酶解在肽段和蛋白质鉴定方面比胶内消化分别高出800%和250%，tip内酶解在DDA和DIA模式下分别鉴定到2204和4844个蛋白质。
胶内酶解技术因组织过小无法保证回收率，故无法处理体积低于0.339 nL的组织样本，而tip内酶解可突破这一技术瓶颈，能手动处理体积小至0.042 nL的组织，10 µm厚的切片可达到73 µm的横向分辨率（相当于八个小鼠肝细胞）。
Tip内酶解和胶内酶解分辨率、鉴定量比较
03
产品特色 3
高通量
通过引入更高效、精细的样本处理流程，相比ProteomEx™，FAXP™的整体处理时间可节省53%。
FAXP 与 ProteomEx 的处理时间比较
04
产品特色 4
高分辨率 —— FFPE样本单细胞/单细胞核分辨率空间蛋白质组学
☆ FAXPTM + LCM——亚细胞器空间蛋白质组学
西湖欧米现推出FAXP™膨胀蛋白组学新产品，可结合激光显微切割（LCM），对FFPE样本进行单细胞/亚细胞器水平的空间蛋白质组学分析。
以小鼠肝脏FFPE样本为例，典型的小鼠肝细胞核直径约为8 μm，经过FAXP流程膨胀处理后，直径增加至约35 μm，可通过LCM进行亚细胞器蛋白质组学分析。若不进行膨胀处理，LCM可能会在细胞核周围产生较明显的激光灼烧痕迹，这可能会对细胞核造成损伤或从周围的细胞质中引入污染，且无法高效回收样本。
a 直接LCM获取单个细胞核，b 先嵌入水凝胶膨胀后再LCM
小鼠肝脏FFPE切片
☆ 单细胞/细胞核高蛋白鉴定量
在小鼠肝脏细胞核和单核细胞中平均鉴定到 2368 和 3312 个蛋白。
细胞核和单核细胞蛋白鉴定量
☆ 单细胞/细胞核强相关性
各细胞/细胞核蛋白质表达相关性强，各个细胞核蛋白表达相关性超过 0.86，各个单核细胞蛋白表达相关性超过0.92。
细胞核和单细胞蛋白表达相关性分析
☆ 单细胞/细胞核蛋白表达及功能富集分析
蛋白质表达分析（亚细胞定位）显示，核质、染色体和核仁等相关蛋白主要在细胞核中表达；而与线粒体、内质网、高尔基体和过氧化物酶体有关的蛋白主要在细胞中表达。
通路富集分析显示，在细胞中，三羧酸循环和代谢途径高度激活；在细胞核中，基因表达和mRNA剪切等通路更为活跃。
单细胞/细胞核蛋白表达及功能富集分析
FAXP™ 在结直肠癌患者FFPE样本中的应用
☆ FAXP可在同一张切片上取不同疾病进展部位的组织进行比较分析
我们用FAXP™探索结直肠癌患者组织内的异质性，针对一张切片上的正常组织（N）、低级别异型增生（L）、高级别异型增生（H）、癌组织（C）进行不同区域、不同疾病进展阶段比较分析。
FAXP™ 在三名结直肠癌患者中应用的研究设计图
☆ FAXP工作流程的可重复性和可靠性
我们根据不同的疾病区域、质谱批次、患者、FFPE切片进行分组，通过热图评估其变异性。结果显示不同批次、不同患者、不同片子间蛋白鉴定具有一致性，表明了FAXP工作流程的可重复性和可靠性。
不同分组的蛋白表达量分析
西湖欧米 FAXP™ 应用场景
● 微量空间蛋白质组学
适用于目标区域直径在150 μm以上，且面积相对规则。
● 单细胞分辨率的空间蛋白质组学
● 亚细胞器分辨率（细胞核）的空间蛋白质组学
表1 西湖欧米膨胀空间蛋白质组学技术对比
西湖欧米现已推出FAXP™科研服务及商业化试剂盒，助力广大科研人员高分辨率空间蛋白组学分析，各位老师若感兴趣，欢迎垂询。
参考文献
1. Mao, Y., et al., Spatial proteomics for understanding the tissue microenvironment. The Analyst, 2021. 146(12): p. 3777-3798.
2. Eisenstein, M., Seven technologies to watch in 2022. Nature, 2022. 601(7894): p. 658-661.
3. Method of the Year 2024: spatial proteomics. Nature Methods, 2024. 21(12): p. 2195-2196.
4. Dong, Z., et al., Spatial proteomics of single cells and organelles on tissue slides using filter-aided expansion proteomics. Nature Communications, 2024. 15(1), 9378.
5. Mund, A., A.-D. Brunner, and M. Mann, Unbiased spatial proteomics with single-cell resolution in tissues. Molecular Cell, 2022. 82(12): p. 2335-2349.
