《Nature》在2022年發(fā)表了7項(xiàng)年度重點(diǎn)關(guān)注技術(shù)，其中特別指出了空間多組學(xué)技術(shù)（Spatial omics），從基因組、轉(zhuǎn)錄組、表觀組和蛋白質(zhì)組等多維度解析生物組織微環(huán)境（Nature, 2022, 601, 658-661）。眾所周知，蛋白質(zhì)是生命功能的執(zhí)行者，解析蛋白質(zhì)在時(shí)間、空間的特異性表達(dá)，是了解組織、疾病微環(huán)境異質(zhì)性、疾病發(fā)生發(fā)展和藥物作用機(jī)制等方面最直接有效的手段。
（一）什么是空間蛋白組？
與通過(guò)傳統(tǒng)整體組織檢測(cè)得到的均質(zhì)化信息不同的是，空間蛋白組可以精細(xì)地獲取組織內(nèi)不同細(xì)胞和不同功能區(qū)域的蛋白質(zhì)表達(dá)情況。如下圖所示，目前可以進(jìn)行空間層面的蛋白質(zhì)檢測(cè)技術(shù)主要分為兩類：基于抗體的IHC、IF等，以及基于顯微切割、質(zhì)譜的空間蛋白質(zhì)組。
目前可分析空間等級(jí)的蛋白質(zhì)檢測(cè)技術(shù)
（Expert. Rev. Proteomics, 2021, 10, 845-861）
對(duì)于基于抗體的技術(shù)而言，普遍用于靶向檢測(cè)目標(biāo)細(xì)胞的空間分布及驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，受限于抗體數(shù)量的限制，無(wú)法進(jìn)行無(wú)偏差的蛋白質(zhì)組發(fā)現(xiàn)檢測(cè)。而基于質(zhì)譜的空間蛋白質(zhì)組技術(shù)則是通過(guò)顯微切割，獲取組織切片中特定的細(xì)胞類群或組織結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)行無(wú)偏差的蛋白質(zhì)組檢測(cè)，通常單個(gè)樣本的蛋白質(zhì)檢出數(shù)可達(dá)近萬(wàn)種。為揭示組織微環(huán)境異質(zhì)性、細(xì)胞亞群的空間分布、疾病發(fā)展機(jī)制等方面提供了堅(jiān)實(shí)可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，幫助我們更好地理解細(xì)胞間的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。
（二）什么是空間可視化蛋白質(zhì)組？
傳統(tǒng)的空間蛋白質(zhì)組普遍基于HE染色結(jié)果，要求深厚的病理學(xué)經(jīng)驗(yàn)加以輔助選取切割區(qū)域，并且無(wú)法對(duì)于細(xì)胞亞群進(jìn)行更為精細(xì)的區(qū)分，也無(wú)法完成對(duì)于細(xì)胞亞群的精細(xì)切割。而空間可視化蛋白質(zhì)組技術(shù)是集成特異性細(xì)胞亞群識(shí)別、單細(xì)胞分辨率顯微切割及超微量樣本前處理的整體方案，允許對(duì)同一張切片進(jìn)行多重免疫熒光和高深度質(zhì)譜檢測(cè)，這就是空間可視化蛋白質(zhì)組獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
下圖顯示了對(duì)小鼠脾臟樣本的實(shí)測(cè)案例，分別標(biāo)記了B細(xì)胞（紅色）、T細(xì)胞（綠色），兩者均獲得了高深度的蛋白質(zhì)檢出，PCA分析顯示兩類細(xì)胞群有明顯的分離，證明選取策略、顯微切割策略的有效性。
實(shí)測(cè)案例：小鼠脾臟FFPE樣本，0.1m㎡，4μm
左圖：免疫熒光標(biāo)記B細(xì)胞（紅色）、T細(xì)胞（綠色），右上圖：蛋白質(zhì)鑒定數(shù)量，右下圖：PCA分析
（三）空間可視化蛋白組的應(yīng)用？
隨著對(duì)組織微環(huán)境研究的愈加深入，空間可視化蛋白質(zhì)組為我們提供了全新的研究視角：
疾病分子機(jī)制研究
自2003年人類蛋白質(zhì)圖譜計(jì)劃（Human Protein Atlas）啟動(dòng)以來(lái)，有關(guān)蛋白質(zhì)圖譜的研究層出不窮。在20年后由我國(guó)科學(xué)家領(lǐng)銜發(fā)起并主導(dǎo)的π-HuB計(jì)劃正式推出，旨在繪制人體蛋白質(zhì)組結(jié)構(gòu)空間參比圖譜，為精準(zhǔn)治療、個(gè)性化治療提供堅(jiān)實(shí)全面的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。例如剛剛在bioRxiv上發(fā)表的Deep spatial proteomic exploration of severe COVID-19-related pulmonary injury in post-mortem specimens，通過(guò)空間蛋白質(zhì)組繪制新冠肺損傷蛋白質(zhì)圖譜，來(lái)發(fā)現(xiàn)由新冠引發(fā)的通路失調(diào)，從而揭示肺損傷機(jī)制，該研究為后續(xù)治療方案的開發(fā)提供了新的方向。
腫瘤異質(zhì)性
自腫瘤微環(huán)境一直是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)所在，腫瘤中存在如免疫細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞等眾多細(xì)胞類型，并且往往會(huì)形成不同的空間結(jié)構(gòu)。通過(guò)空間可視化蛋白組識(shí)別有特異性表型的細(xì)胞亞群，并通過(guò)蛋白質(zhì)組進(jìn)一步解析該類細(xì)胞亞群的潛在功能，以此揭示腫瘤進(jìn)化的機(jī)制。如2022年德國(guó)馬普所的Matthias Mann教授在Nat. Biotechnol.上發(fā)表的Deep Visual Proteomics defines single-cell identity and heterogeneity，通過(guò)空間蛋白組解析原發(fā)性黑色素瘤腫瘤組織異質(zhì)性。
藥物靶點(diǎn)及標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)
通過(guò)將特異性細(xì)胞亞群和外部環(huán)境對(duì)比，獲取特異性細(xì)胞亞群的蛋白質(zhì)表達(dá)情況，能夠獲得更精準(zhǔn)的診療標(biāo)志物或疾病關(guān)鍵靶標(biāo)蛋白。如2019年Nature發(fā)表的Proteomics reveals NNMT as a master metabolic regulator of cancer-associated fibroblasts，針對(duì)卵巢癌的癌細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞開展空間蛋白質(zhì)組檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)并揭示了NNMT作為機(jī)制細(xì)胞對(duì)癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵調(diào)控分子，為后續(xù)針對(duì)卵巢癌的靶向治療提供了新的研究方向。
總體而言，空間可視化蛋白質(zhì)組主要圍繞異質(zhì)性問(wèn)題和超微量樣本或單一類型細(xì)胞的數(shù)量稀少問(wèn)題，通過(guò)可視化的成像和高靈敏度樣品前處理方案，為后續(xù)研究組織微環(huán)境異質(zhì)性、不同細(xì)胞亞群的空間分布和細(xì)胞間的互作通訊提供了全新升級(jí)的解決方案。
關(guān)于貝普奧生物
深圳市貝普奧生物科技有限公司是一家于2022年1月在深圳成立的蛋白質(zhì)組學(xué)研發(fā)型高科技公司。作為蛋白質(zhì)組學(xué)上游市場(chǎng)解決方案提供商，公司致力于對(duì)蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域的研發(fā)成果進(jìn)行商業(yè)開發(fā)及轉(zhuǎn)化。團(tuán)隊(duì)以受多項(xiàng)專利保護(hù)的蛋白質(zhì)組學(xué)前處理系列產(chǎn)品為切入點(diǎn)，通過(guò)臨床功能蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)平臺(tái)為目標(biāo)市場(chǎng)提供全流程解決方案。
公司核心成員在蛋白質(zhì)組學(xué)、腫瘤生物學(xué)領(lǐng)域獲得重大科研成果，超半數(shù)員工擁有博士、碩士學(xué)位及海外研究經(jīng)歷。充滿創(chuàng)造力的團(tuán)隊(duì)立足于大灣區(qū)，服務(wù)全球，專注于降低蛋白質(zhì)組學(xué)分析技術(shù)難度，提升其在創(chuàng)新標(biāo)志物和創(chuàng)新藥物研發(fā)全鏈條中的應(yīng)用，以蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)為重大疾病提供精準(zhǔn)診療策略。
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