蛋白质组学领域大咖、德国马普所 Matthias Mann 发表的综述性文章^[1]中提到：生物学和病理学总是在空间环境中发生。组学技术现在正通过一个大型、多样且快速增长的工具箱来解决空间维度问题。组织中细胞的空间、高分辨率和分子分析将是未来几年生物学的主要前沿之一。同时指出基于质谱的无偏空间蛋白质组学技术的发展与潜在应用。

细胞异质性（heterogeneity）是一个普遍存在的生物学现象，即使看起来相同的细胞，也可能存在显著异质性。同时细胞间对应的空间背景信息，对于充分了解细胞功能、细胞间相互作用以及细胞异质性的研究也是至关重要的。常规的研究从整个组织或数百万细胞入手，得到的是一群细胞中信号的平均值，且缺少细胞的空间信息，难以满足对生命功能深入探究的需要。通过测量空间维度蛋白质组数据，将能更准确地反映特定的细胞功能和状态。

基于质谱的空间蛋白质组学已经应用在了肿瘤、大脑、肝脏、皮肤等多个研究领域。华大基因质谱平台在此方向深耕多年，近几年相继推出了微量/单细胞蛋白定量、FFPE/LCM 蛋白定量产品。去年发表胃印戒细胞癌空间蛋白组学研究成果^[2]；今年又发表了结直肠癌空间蛋白组文章^[3]；目前还在进行脑组织空间蛋白组研究。

空间蛋白组学是结直肠癌发展时序变化研究的「重要推手」^[3]

图 1 结直肠癌空间蛋白组检测流程

研究背景

结直肠癌是全球发病率和致死率排名第三的常见癌症。结直肠肿瘤组织（Bulk）由肿瘤细胞（Epithelium）和其周围的间质（Stroma）构成，间质细胞群（Stroma）即肿瘤微环境为肿瘤发生提供了必要的外在环境。在结直肠癌的分子分型中，间质细胞高度浸润的亚型存在较差的预后。结直肠癌的发生经历了正常上皮细胞-腺瘤-腺癌（N-A-C）的发展过程，并伴随一系列基因突变。在 N-A-C 的时序模型中，其对应的肿瘤微环境也在变化，影响着肿瘤的发生。但相关机制研究较少。本研究利用 LCM 技术和 DIA 定量蛋白质组学方法研究结直肠癌间质的蛋白质表达谱，探究间质在结直肠癌发展时序变化中的蛋白质组表达谱特征。

研究方案

收集癌旁、腺瘤和腺癌三种类型组织样品，采用 LCM 技术对 Epithelium 和 Stroma 进行切分收集，同时收集 Bulk 样品，采用 DIA 蛋白定量技术对三种样品类型进行检测。最后结合之前结直肠癌研究与序贯模型对 Stroma 进行分析。

图 2 结直肠癌空间蛋白组部分结果

主要结论

1. 采用 LCM&DIA 的空间蛋白质组技术，可以很好地对 Stroma 和 Epithelium 样本进行分离研究，其区域的分子特征符合区域的功能特征。

2. 通过对 Stroma 样本不同时期蛋白质组分析，发现与结直肠癌细胞的逐渐改变不同，微环境的改变主要发生在癌旁-腺瘤时期，而在腺瘤-腺癌中基本不发生改变。

3. 腺瘤/腺癌微环境的主要特征是高度的免疫 T 细胞浸润，免疫相关功能的显著激活。

脑组织空间蛋白组研究同步进行中

图 3 小鼠脑组织空间蛋白组检测流程

部分研究结果

对 FFPE 小鼠脑组织连续切割 24 个 0.1 mm2 的 LCM 区域，蛋白质覆盖度~3,500，同时考察了四张连续切片的四个重复之间的相关性，高达 0.99。此外还对 0.05 mm2、0.01 mm2 的区域也进行了检测，蛋白鉴定数分别～3,000 和～1,600。

华大基因有着多年较为丰富的研究经验，可以提供从组织切片、到 LCM 切割、质谱上机、信息分析的全流程服务，由专业博士团队全程指导，采用 timsTOF Pro 高性能质谱仪进行检测，在鉴定深度、定量稳定性和准确性方面均表现优异。为满足广大科研工作者需求，现特推出空间蛋白组学产品：

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