近日，我所生物技术研究部生物分子高效分离与表征研究组（1810组）张丽华研究员、梁玉研究员团队在高通量单细胞空间蛋白质组分析新方法研究中取得新进展。团队研制了基于有序胶体晶体材料的高效色谱分离柱，实现了单细胞空间分辨率下蛋白质组的快速、深度解析。
空间蛋白质组学能够解析生物组织内蛋白质组的空间分布，对于精准揭示生物功能和致病机制具有重要意义。在单细胞分辨率下深度分析蛋白质组空间分布差异，有助于解析细胞空间异质性、细胞信号网络与细胞间相互作用。当前主流策略采用激光显微切割（LCM）结合纳升级液相色谱—质谱联用技术进行分析。然而，随着空间分辨率的提升，LCM样本数量显著增加，分析通量受到制约。目前单细胞切片分析中，即便采用高端质谱平台，单个样本的分离梯度时长仍需约30 分钟；传统质谱平台则需1至2小时才能达到约1000个蛋白质的鉴定覆盖度。因此，在保持鉴定覆盖度的同时缩短分离时间，是该领域面临的技术难题。
针对上述难题，研究团队研制了基于800 nm单分散C18胶体颗粒有序组装的胶体晶体色谱柱。该色谱柱具有高度有序的颗粒排列、亚微米级颗粒尺寸及无孔颗粒结构，柱效超过200万/米，较传统亚二微米色谱柱提升约10倍，可在保证鉴定覆盖度的同时提升分析通量。基于该有序胶体晶体色谱柱，在5 分钟和2分钟的分离梯度条件下，对100微米空间分辨率的LCM切片分别鉴定出4462 ± 119种和3597 ± 172 种蛋白质，而传统亚二微米色谱柱需30分钟才能达到相似的鉴定覆盖度。在单细胞分辨率空间蛋白质组分析中，仅需5分钟即可从单个肝细胞切片中鉴定出2304种蛋白质；在2分钟梯度条件下，仍可鉴定超过1000种蛋白质。团队将该方法应用于肝癌组织空间蛋白质组分析，实现了肝硬化、早期肝癌及进展期肝癌病理区域的快速空间蛋白质组解析，并在单细胞分辨率下揭示了肿瘤区域内不同细胞的蛋白质组异质性。该方法为单细胞空间蛋白质组学、分子图谱构建、疾病组织微环境等研究提供了新的技术工具。
相关研究成果以“High-Throughput Single-Cell-Resolved Spatial Proteomics Enabled by an Ordered Colloidal Crystal Column”为题，发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。该工作的共同第一作者为1810组博士研究生孙豪飞和王超。以上研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。（文/图 孙豪飞、梁玉）
