基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學技術(shù)已成為一種強大的技術(shù)，可用于定量細胞或組織中的全部蛋白質(zhì)。隨著液相色譜-質(zhì)譜（LC-MS）分析微量蛋白質(zhì)（低至單個細胞水平）技術(shù)的發(fā)展與成熟，單細胞蛋白質(zhì)組學也應運而生。這一技術(shù)通過結(jié)合高內(nèi)涵成像、人工智能和單細胞激光微分離技術(shù)，基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學提供了接近功能水平的無偏分子讀數(shù)。其潛在應用范圍從基礎生物學問題到精準醫(yī)療。2024年Nature Methods雜志將空間蛋白質(zhì)組學評選為年度技術(shù)。

空間蛋白質(zhì)組學技術(shù)簡介

目前空間蛋白質(zhì)組學技術(shù)主要包括基于標簽（寡核苷酸標簽、抗體-barcode-熒光試劑、抗體金屬標簽）和質(zhì)譜的單細胞蛋白質(zhì)檢測技術(shù)，其中基于標簽的空間蛋白質(zhì)組學為靶向蛋白質(zhì)檢測技術(shù)。而質(zhì)譜單細胞檢測技術(shù)與激光顯微切割技術(shù)的結(jié)合真正實現(xiàn)了特定空間的蛋白質(zhì)表達探索。基于此可以實現(xiàn)對病理切片中特定空間位置組織微環(huán)境（如單細胞空間定位、組織結(jié)構(gòu)等）在成像及蛋白表達等層面進行系統(tǒng)的定位、定性和定量分析。這為揭示組織微環(huán)境高度異質(zhì)性、不同細胞類型的空間分布、細胞間信號轉(zhuǎn)導網(wǎng)絡關系，以及對癌癥等重大疾病的發(fā)展機制研究提供了重要的分析工具

空間蛋白質(zhì)組學技術(shù)路線圖

空間單細胞結(jié)果展示

1. 胰腺導管腺癌腫瘤微環(huán)境的空間蛋白質(zhì)組異質(zhì)性圖譜

南方科技大學田瑞軍教授課題組在Nature communications雜志發(fā)表了題為“Multimodal single cell-resolved spatial proteomics reveals pancreatic tumor heterogeneity"的研究。本研究展示了多模態(tài)的空間細胞類型蛋白組學技術(shù)Spatial and Cell-type Proteomics（SCPro），在單細胞分辨率下揭示了胰腺癌病理切片組織的異質(zhì)性。

2. 空間蛋白質(zhì)組精準反應干細胞分區(qū)

2023年10月，丹麥哥本哈根大學Matthias Mann教授課題組在Nature Methods期刊發(fā)表的題為 “Spatial single-cell mass spectrometry defines zonation of the hepatocyte proteome "的研究成果，通過高分辨率成像、激光顯微切割、單細胞質(zhì)譜分析、機器學習等研究方法，研究開發(fā)一種全新的空間分辨的單細胞蛋白質(zhì)組學方法，成功獲得了肝臟組織中單細胞的蛋白質(zhì)組信息。研究發(fā)現(xiàn)肝臟組織中的細胞蛋白質(zhì)組在空間上存在明顯的異質(zhì)性，特別是靠近中央靜脈的蛋白質(zhì)組發(fā)生了顯著變化。

3. 近期其他代表性文章

l 斯坦福大學Sean C. Bendall小組的一項最新研究提出了阿爾茨海默病特異性人類小膠質(zhì)細胞狀態(tài)的空間蛋白質(zhì)組學。該項研究成果發(fā)表在2025年7月22日出版的《Nature Immunology》上，題為“Spatial proteomics of Alzheimer’s disease-specific human microglial states"。

l 2025 年 11 月《Cell》期刊發(fā)表的《Intrinsic heterogeneity of primary cilia revealed through spatial proteomics》，通過抗體介導的空間蛋白質(zhì)組學與高分辨率 3D 共聚焦成像，在單細胞、亞纖毛水平解析了原發(fā)性纖毛的蛋白質(zhì)組特征，為纖毛功能研究與纖毛病診療提供了關鍵突破。

l 復旦大學等機構(gòu)的研究人員開發(fā)出一種名為全景空間增強分辨率蛋白組學（PSERP）的新方法，能夠快速定量分析整張組織切片中蛋白質(zhì)的空間多樣性，分辨率達到亞毫米級別。這一研究于5月26日發(fā)表在《Journal of Hematology & Oncology》雜志上“Panoramic spatial enhanced resolution proteomics (PSERP) reveals tumor architecture and heterogeneity in gliomas"。

空間蛋白質(zhì)組學展望

l 基于質(zhì)譜的單細胞蛋白質(zhì)組學在短短幾年內(nèi)取得了巨大的進步，空間蛋白質(zhì)組學作為空間組學的最重要的一環(huán)也日漸成熟與穩(wěn)定。

空間蛋白組學技術(shù)在生物醫(yī)學和生命科學領域廣泛應用，涵蓋多個重要領域。它有助于揭示腫瘤微環(huán)境中蛋白質(zhì)的空間分布和相互作用，深化對腫瘤發(fā)展、轉(zhuǎn)移和耐藥機制的理解，并為個性化治療提供依據(jù)。通過空間蛋白組學的研究也可以幫助鑒定和定量組織中的生物標志物，為疾病診斷、預后評估和治療監(jiān)測提供支持。

除了在基礎研究中的應用，空間蛋白組學技術(shù)在藥物研發(fā)領域也發(fā)揮著重要作用。通過研究藥物與蛋白質(zhì)的相互作用和定位，可以評估藥物的效力和特異性，優(yōu)化藥物設計和篩選過程，從而加速藥物研發(fā)過程，提高藥物的療效和安全性。
總的來說，空間蛋白組學作為新興領域，為研究組織微環(huán)境的異質(zhì)性、不同細胞類型的空間分布以及細胞間信號轉(zhuǎn)導網(wǎng)絡關系提供了全新的視角。通過應用空間蛋白組學技術(shù)，我們可以更深入地了解蛋白質(zhì)的功能、相互作用以及在生物過程中的作用，為生命科學研究和醫(yī)學應用提供了重要的支持。