一文速览国内外顶级科学家4D蛋白质组学临床科研成果！

随着蛋白质组学技术应用的快速发展，离子淌度离概念的引入，使得蛋白质组学进入4D新时代，在传统3D保留时间（retention time）、质荷比（m/z）、离子强度（intensity）这三个维度分离基础之上增加了第四维离子淌度（mobility）的分离，实现快速采集、更高的灵敏度和特异性，引领临床蛋白质组学在鉴定准度、鉴定深度、定量准确性、检测周期等性能上全面提升，并在基础研究、转化医学、临床蛋白质组学等各个方面展现出了广阔的发展前景和强大的生命力。吉凯基因可以提供全面的4D蛋白质组学、4D修饰组学服务哦，欢迎前来咨询~

本期我们针对近2年4D蛋白质组学在医学方向的部分研究成果进行盘点，提供各位老师新技术、新应用的参考案例。

2020年蛋白质组领域领军科学家Matthias Mann团队(Max Planck Institute of Biochemistry)、Hannes Röst团队(University of Toronto)、Ben Collins团队（ETH Zurich）以及Ruedi Aebersold团队（ETH Zurich）共同开发一种具有革命性突破的diaPASEF技术（俗称4D-DIA蛋白质组学技术）。基于200 ng HeLa样本在2h检测时间内实现超过7000种蛋白质的深度覆盖，对10 ng HeLa样本进行三次重复也检测到4,000多种蛋白质。能够全面提升蛋白质鉴定覆盖率、重现性和定量准确性，相关研究成果发表在Nature Methods上。

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2020年，北京大学医学部精准医疗多组学研究中心黄超兰主任团队，中国科学院高福院士团队，北京大学医学部精准医疗多组学研究中心陈扬研究员团队以及中国疾控中心病毒病预防控制所谭文杰教授团队等人开展协同研究，利用diaPASEF技术（俗称4D-DIA蛋白质组学技术），分析了来自COVID-19感染病例、健康志愿者和非COVID-19肺炎病例的尿液样本，发现早期的新冠感染患者存在着显著的免疫抑制，并首次提出COVID-19的发病机制或存在“两阶段”模式。相关研究成果发表在Nature Communications期刊上。

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2021年，美国普渡大学研究团队基于新优化的分离方法——BiMBs方法，能够高效地从尿液中分离出细胞外囊泡，该方法具有低污染、高回收率以及分离时间短等优点。同时，结合高灵敏度的4D label free蛋白质组和4D label free磷酸化蛋白质组等新技术对前列腺癌患者和健康个体尿液外囊泡分析，找到一系列疾病相关的磷酸化蛋白质，表明其在临床研究中的巨大应用潜力。

2021年2月，来自德国OmicEra诊断集团和慕尼黑LMU大学医院研究团队对31名COVID-19患者进行了31天的纵向跟踪，并利用高灵敏度的4D蛋白质组学技术首次对比COVID-19患者和有COVID-19症状但SARS-CoV-2 PCR阴性对照人群的血清蛋白质组表达变化。研究发现，COVID-19患者有26%的蛋白质发生了显著变化，先天免疫和凝血系统受到严格调控。此外，ITIH4可能是一种具有预测COVID-19死亡风险的生物标志物。相关研究成果发表在在医学预印本期刊MedRxiv上。

2020年，西班牙巴斯克地区大学的研究团队对子宫内膜液的蛋白质和天然肽进行了全面分析。使用高灵敏度的4D label free蛋白质组学技术分析了来自11个个体的样品的蛋白质含量。我们鉴定了4694种蛋白质以及3899种天然存在的肽。实验结果大大扩展了已知子宫内膜液蛋白质的目录，并提供了关于这种子宫内膜液中天然肽含量的大量新信息。

蚊子传播的奇昆古尼亚病毒(CHIKV)对全世界热带国家的人类健康构成威胁。2020年美国密苏里大学的研究团队利用高灵敏度的4D label free蛋白质组学技术对感染和未感染的CHIKV的埃及伊蚊样本中鉴定出2647至3167种蛋白质，揭示了蚊子体内与CHIKV相互作用的生物途径和新蛋白质。总的来说，CHIKV感染引起蚊子蛋白质组的微小变化，表明载体和病毒之间高度适应，基本上以非致病关系共存。

2021年法国索邦大学研究团队利用高灵敏度的4D label free蛋白质组学技术，结合三种不同的子孢子纯化方法，利用少量寄生虫鉴定伯氏疟原虫子孢子的蛋白质组。这项研究为伯氏疟原虫子孢子提供了一个参考蛋白质组，确定了一组跨物种表达的核心蛋白质，并说明了timsTOF PRO系统前所未有的灵敏度如何能够从有限的样本量进行深度蛋白质组分析。

脑脊液是一种与大脑直接接触的生物流体，因此是神经疾病研究中的首选样本，包括神经退行性疾病，如阿尔茨海默病或帕金森病。2020年，瑞士雀巢研究所、法国雷恩第一大学的研究团队使用鸟枪法蛋白质组学工作流程分析了一批“正常”的人脑脊液样本，使用液相色谱结合高分辨率和高精度的timsTOF Pro质谱(4D TMT蛋白质组学)对产生的24个断裂进行分析。这种最先进的基于质谱的专业工作流程允许在脑脊液中鉴定3174个蛋白质，建立了迄今为止获得的最全面的人脑脊液蛋白质组库。

2021年美国威斯康星大学麦迪逊分校的研究团队开发了一种超快速自下而上的4D label free蛋白质组学技术方法，该方法由Azo(偶氮,一种可光裂解的、与质谱兼容的表面活性剂，可有效溶解蛋白质并促进快速胰蛋白酶消化)与Bruker timsTOF Pro相结合，通过捕获离子迁移谱(TIMS)和肽的平行积累-串联片段化(PASEF)实现更深的蛋白质组覆盖。应用这种方法来分析复杂的人类心脏蛋白质组，从少至1毫克的人类心脏组织中鉴定了近4000个蛋白质组，具有高重现性。总的来说，我们预计这种由Azo和timsTOF Pro支持的超快速、稳健和可重复的自下而上方法将普遍适用，并大大加快大规模定量蛋白质组学研究的吞吐量。