蛋白组+代谢组双平台知识干货带您入门!

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

　　「如何入局多组学实验？4D-蛋白组+代谢组双平台知识干货带您入门！」

　　多组学联合分析已成为生命科学研究常用的工具，而高通量普通转录组测序技术研究已得到大规模的应用，很多课题都被研究过，导致课题创新性不高，而且部分基因不一定会表达，使得验证实验难以进行。为了寻找、验证基因下游的功能，很多研究者纷纷使用下游的蛋白组和代谢组技术，发表高分文章。

　　如2019年9月特拉维夫大学Tamar Geiger教授团队和Sheba医疗中心的Gal Markel团队合作在Cell发表的题为“Proteomics of Melanoma Response to Immunotherapy Reveals Mitochondrial Dependence”的研究成果，通过蛋白质组学技术和功能验证，发现了黑色素瘤细胞的代谢状态通过抗原呈递机制的内在变化和肿瘤微环境的外在变化影响了T细胞杀伤，揭示了黑色素瘤代谢状态与免疫治疗响应之间的关联，这可能有助于将来改善免疫治疗响应[1]。2020年12月蛋白质组领域领军科学家Matthias Mann团队(Max Planck Institute of Biochemistry)、Hannes Rst团队(University of Toronto)、Ben Collins团队（ETH Zurich）以及Ruedi Aebersold团队（ETH Zurich）在Nature methods发表题为“diaPASEF: parallel accumulation–serial fragmentation combined with data-independent acquisition”的文章，其共同开发的基于4D平台的DIA技术——diaPASEF，能够全面提升蛋白质鉴定覆盖率、重现性和定量准确性[2]。

　　2021年1月9日，西湖大学生命科学学院郭天南课题组与合作团队在Cell在线发表了题为“Multi-organ Proteomic Landscape of COVID-19 Autopsies”的最新研究论文，报道了2020年初因新冠肺炎去世的患者体内多器官组织样本中蛋白质分子病理全景图。相当于他们将医生在显微镜下看到的人体感染新冠后细胞组织的改变放大了数万倍，达到蛋白质分子层面，“看”清楚是哪些分子的改变导致人体器官的病变和衰竭[3]。

　　2020年5月27日，西湖大学郭天南团队、温州医科大学台州医院陈海啸团队等在cell发表题为Proteomic and Metabolomic Characterization of COVID-19 Patient Sera的研究。该研究运用高分辨率质谱设备取得了样本的蛋白质组学和代谢组学谱图，对血清样本中的蛋白和代谢物的相对浓度进行了全景式的测定，从而揭示了重症患者体内多种独特的分子调控。同时，使用机器学习方法进一步“沙里淘金”，筛选出重症患者特征性的22个蛋白质和7个代谢物。这一发现有望用于重症患者的预测，促进医疗资源的合理调配，并为重症患者的药物选择提供一定指导[4]。

　　「那么，开展蛋白组学和代谢组学实验有何技巧，未做过的老师又该如何入局呢？」

　　入门前先学技术

　　蛋白组学和代谢组学爆火的背后隐藏着质谱技术的更新换代和科研市场的风向，在入局前各位老师还是需要了解最新的质谱技术、各项技术的优劣势。

　　#01

　　蛋白组学

　　近年来色谱、质谱等技术突破，尤其是结合Tims-TOF Pro系统和Evosep One色谱系统的4D高通量蛋白组学技术，是目前最新的蛋白组学技术，它实现了更高通量和定性定量可靠性。4D-Proteomics是在3D分离即保留时间（retention time）、质荷比（m/z）、离子强度（intensity）这三个维度的基础之上增加了第四个维度，离子淌度（mobility）的分离，进而大幅度的提高扫描速度和检测灵敏度，带来蛋白质组学在鉴定深度、检测周期、定量准确性等性能的全面提升。

　　图1|4D蛋白组示意图

　　图2|4D蛋白组原理图

　　4D蛋白组的分类

　　常规的4D蛋白组根据技术方法可以细分为4D-DIA、4D-LFQ、4D-ITRAQ/TMT以及4D-PRM等，修饰类型的4D蛋白组可以根据蛋白具体的修饰类型划分为磷酸化、泛素化、乙酰化、糖基化蛋白组等。

　　图3|4D蛋白组分类

　　4D蛋白组技术优势

　　（1）近乎接近100%的离子利用率，提升检测灵敏度；

　　（2）更高的检测深度和覆盖度；

　　（3）完整性、可靠性全面提升；

　　（4）定量重复性高

　　#02

　　代谢组学双平台