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

空間蛋白質組學技術簡介

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

空間蛋白質組學技術路線圖

空間單細胞結果展示

1. 胰腺導管腺癌腫瘤微環境的空間蛋白質組異質性圖譜

南方科技大學田瑞軍教授課題組在Nature communications雜志發表了題為“Multimodal single cell-resolved spatial proteomics reveals pancreatic tumor heterogeneity"的研究。本研究展示了多模態的空間細胞類型蛋白組學技術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性。

2. 空間蛋白質組精準反應干細胞分區

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、單細胞質譜分析、機器學習等研究方法，研究開發一種全新的空間分辨的單細胞蛋白質組學方法，成功獲得了肝臟組織中單細胞的蛋白質組信息。研究發現肝臟組織中的細胞蛋白質組在空間上存在明顯的異質性，特別是靠近中央靜脈的蛋白質組發生了顯著變化。

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細胞狀態的空間蛋白質組學。該項研究成果發表在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》期刊發表的《Intrinsic heterogeneity of primary cilia revealed through spatial proteomics》，通過抗體介導的空間蛋白質組學與高分辨率 3D 共聚焦成像，在單細胞、亞纖毛水平解析了原發性纖毛的蛋白質組特征，為纖毛功能研究與纖毛病診療提供了關鍵突破。

l 復旦大學等機構的研究人員開發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"。

空間蛋白質組學展望

l 基于質譜的單細胞蛋白質組學在短短幾年內取得了巨大的進步，空間蛋白質組學作為空間組學的最重要的一環也日漸成熟與穩定。

空間蛋白組學技術在生物醫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境中蛋白質的空間分布和相互作用，深化對腫瘤發展、轉移和耐藥機制的理解，并為個性化治療提供依據。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、預后評估和治療監測提供支持。

除了在基礎研究中的應用，空間蛋白組學技術在藥物研發領域也發揮著重要作用。通過研究藥物與蛋白質的相互作用和定位，可以評估藥物的效力和特異性，優化藥物設計和篩選過程，從而加速藥物研發過程，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，為研究組織微環境的異質性、不同細胞類型的空間分布以及細胞間信號轉導網絡關系提供了全新的視角。通過應用空間蛋白組學技術，我們可以更深入地了解蛋白質的功能、相互作用以及在生物過程中的作用，為生命科學研究和醫學應用提供了重要的支持。