蛋白质作为功能分子，在生命活动中起到非常关键的作用。蛋白质组学研究的目的是对整个组织或细胞蛋白质组进行全面的研究。然而，无论是大块组织的蛋白质组检测，亦或是质谱流式等技术，都只获得了组织或细胞中的蛋白质表达水平，而缺失了蛋白质在组织中的空间表达分布信息。为此，空间蛋白质组检测技术应运而生。这类技术可以确认蛋白质在空间上特定区域的表达水平，从而更精准地比较不同组织区域的蛋白表达差异和功能差异，使研究组织空间区域内蛋白表达成为可能。
SBC提供了深度空间蛋白质组技术，可进行高灵敏度的空间非靶向蛋白质组检测。该技术使用激光捕获显微切割技术（LCM）将组织切片（冷冻切片、FFPE）中的目标区域进行切割捕获，然后提取蛋白质，用4D质谱技术（timsTOF Pro）进行蛋白质组检测。
● 为什么选择深度空间蛋白质组技术？
大多数空间蛋白质组检测技术都是利用抗体探针对目标区域进行靶向蛋白质检测，因此需要研究者根据先验知识预先决定要检测的蛋白panel。然而，目前的蛋白质检测panel包含的蛋白质数量较少，远低于蛋白质组的实际复杂性。因此，需要一种能对空间组织的特定区域进行非靶向蛋白质组检测的技术。SBC的深度空间蛋白质组技术使用质谱技术对蛋白质组进行检测，摆脱了抗体探针检测技术在物种和检测蛋白数量上的限制，是空间蛋白质组研究的不二利器。
● 深度空间蛋白质组技术介绍
> LCM技术
激光捕获显微切割（Laser capture microdissection，LCM），是在不破坏组织结构，保存要捕获的细胞和其周围组织形态完整的情况下，利用精确聚焦的激光，直接在冰冻或FFPE膜切片上进行切割，从而获得目的区域组织样品，用于后续实验及分析的技术。该技术提供了温和，无污染且高效的样品收集方法，包括在分离期间和分离后的任何步骤进行全面的目视检查。切割时可根据研究目的选择任意的大小和灵活的形状，是空间蛋白质组研究精准捕获目标区域的优秀工具。
> timsTOF Pro技术
虽然LCM技术可以帮助我们精准获取目标组织区域样品，但这种样品中蛋白质含量普遍较低，因此需要使用高灵敏度和分辨率的质谱仪器进行蛋白质组学检测。引入双TIMS/PASEF® (Parallel Accumulation - SErial Fragmentation平行累积串行碎裂)分离技术的timsTOFﾠPro平台使得蛋白质组学进入了4D蛋白质组学新时代。传统的3D分离技术包括保留时间（retentionﾠtime）、质荷比（m/z）、离子强度（intensity），4D分离技术增加了第四个维度⸺离子淌度（mobility），进而大幅度地提高了扫描速度和检测灵敏度，大幅提升蛋白鉴定的数量和覆盖率。
深度空间蛋白质组服务首先会对包埋块或切片进行HE染色，确认形态学特征。随后，利用LCM技术，在相邻的连续切片上进行ROI切割、收集和合并，并提取其中的蛋白质。蛋白质在酶解后使用timsTOFﾠPro进行蛋白质组检测。为了更好地发挥4D质谱仪的微量检测优势，SBC采用了DIA数据采集模式,增强对中低丰度蛋白质的检测能力。最后，SBC将对质谱数据进行全面的分析，剖析数据中蕴含的空间生物学意义。
● 技术优势
1、LCM技术不会破坏组织结构，保证切割后组织形态完整；
2、LCM技术切割时不会引入外源污染，对细胞温和，避免降解；
3、LCM技术可灵活切割任意形状和大小的目标区域，精准高效；
4、timsTOF Pro利用离子淌度在时间和空间进行聚焦，使灵敏度提高了20倍，对微量组织样品（如LCM切割获得的组织切片）适应性好；
5、timsTOF Pro通过离子淌度维度的加入使峰容量增加了10倍，能鉴定到更多的蛋白；
6、timsTOF Pro在任何速度下均能保持高分辨率和稳定的性能；
7、利用液质技术进行空间蛋白质组非靶向检测，可无偏分析目标区域的蛋白质组成。
● 应用方向
1、鉴定不同表型区域的差异蛋白及生物学功能，探索关键靶点和机制
2、筛选疾病诊断及预后的空间蛋白质标志物
3、绘制组织器官的空间蛋白质组图谱
4、与空间转录组联合分析，从空间水平进行转录组和蛋白组的多组学研究
● 样本类型
1、FFPE石蜡块或FFPE切片（膜切片）
2、OCT包埋块或OCT切片（膜切片）
3、通过LCM收集到的微量组织样品
● 部分样本数据结果
SBC深度空间蛋白质组检测结果展示如下：
由表中结果可以看出，在小于1mm2的切片组织区域中，依赖timsTOFPro强大的微量蛋白检测能力，能够检测到数千个蛋白质。更小的区域我们也同样具有相关经验。
● 深度空间蛋白质组+GeoMx DSP：精准聚焦目标区域的转录组和蛋白质组一站式解决方案
空间组学研究日新月异，由于单一组学能获得的信息具有片面性，不能满足科研工作者们想要获得组织中全面分子生物学信息的需求，空间多组学联合研究开始发展起来。在这里，SBC提供了空间转录组+空间蛋白质组全链条技术服务。
首先，利用GeoMx DSP空间转录组技术和深度空间蛋白质组技术获得空间转录组和蛋白质组的表达谱，这两种技术联合使用有2个优点：
1. 两种技术都需要在组织切片上选择感兴趣区域（ROI）进行实验，因此可以从连续切片中选择垂直方向上相同的ROI检测转录组和蛋白质组，保证了检测区域的一致性；
2. GeoMx DSP的WTA检测panel几乎包含了所有的蛋白编码基因，与深度空间蛋白质组的非靶向蛋白质组数据联合分析，能够无偏向性地获得编码基因转录组和蛋白质组表达信息。
其次，在两种组学数据的联合分析过程中，得益于两种组学数据的无偏向性，我们可以分析：
1. 分析基因在mRNA和蛋白质的表达相关性，并筛选相关性较高的基因作为关键靶点；
2. 整合转录组和蛋白质组的功能富集分析结果，确认表型形成过程中的关键信号通路；
3. 两种组学联合可更全面地筛选诊断、分型、预后生物标志物；
4. 分析转录因子（蛋白质）⸺靶基因（mRNA）调控网络，鉴定重要调控因子。
最后，利用靶向验证技术，如IHC、IF、mIF技术，在组织切片中对鉴定到的关键基因表达水平进行原位靶向验证，使结果论述更加完整。
● 应用案例：激光捕获显微切割技术解析小鼠潘式细胞富集区域的蛋白质组
影响因子：5.370 发表时间：2022.10 发表期刊：J Proteome Res
潘式细胞是位于小肠隐窝底部的抗菌肽分泌细胞。由于潘氏细胞与干细胞共存，导致其蛋白质组并不明确，也难以单独在体外培养潘氏细胞。通过LCM技术分离隐窝区域的细胞，研究者从隐窝中相当于18000个细胞里鉴定出蛋白质超过1300个。与绒毛和平滑肌区域的蛋白质组相比，隐窝蛋白质组高度富含防御素、溶菌酶和潘氏细胞特有的其他抗菌肽。此外，3600个细胞的检测结果即可实现相当可观的蛋白质组学覆盖范围，证明了基于LCM的蛋白质组检测技术的高灵敏度。作为第一个针对富含潘式细胞的肠组织进行蛋白质组分析的工作，研究中使用简化的工作流程能够直接从冰冻肠组织中分析潘式细胞在蛋白质组水平上的相关病理变化。这种方法也可能在其他组织的空间蛋白质组学研究中发挥重要作用。
空间蛋白质组技术路线
不同区域的蛋白质组检测结果比较
原文：Mouse Paneth Cell-Enriched Proteome Enabled by Laser Capture Microdissection
● 应用案例：进行型多发性硬化症的早期神经退行性通路鉴定
影响因子：28.771 发表时间：2022.07 发表期刊：Nat Neurosci
进行性多发性硬化症（MS）的特征在于持续的神经变性，导致残疾并且难以治疗。预防疾病进展的药物开发是迫切的临床需求，但开发工作因对复杂发病机制的不完全理解而受到限制。本研究利用空间转录组和空间蛋白质组技术对新鲜冷冻的人MS脑组织进行检测，确定了进行性MS发病机制的多细胞机制，并追踪其起源与神经退行性病变不同阶段的空间分布的关系。通过解析局部微环境中的配体-受体相互作用，研究者发现早期神经元衰退区域内，细胞间的营养和抗炎通讯失效。患者样品中与神经元损伤相关的蛋白质在机制上与已发表的体内敲除和中枢神经系统（CNS）疾病模型研究一致，支持其作为进展性MS的潜在治疗靶标的价值。这些发现为药物开发策略提供了一个新的思路，其根源在于对促进这种衰弱疾病的人病变组织中复杂的细胞和信号动态的理解。
原文：Identification of early neurodegenerative pathways in progressive multiple sclerosis
● 参考文献：
①：Laser capture microdissection for biomedical research: towards high-throughput, multi-omics, and single-cell resolution.J Genet Genomics. 2023 Sep;50(9):641-651.
②：Immobility-associated thromboprotection is conserved across mammalian species from bear to human.Science. 2023 Apr 14;380(6641):178-187.
③：Spatially resolved proteomic map shows that extracellular matrix regulates epidermal growth.Nat Commun. 2022 Jul 11;13(1):4012.
