蛋白質(zhì)作為功能分子，在生命活動中起到非常關(guān)鍵的作用。蛋白質(zhì)組學(xué)研究的最終目標(biāo)是對整個組織或細(xì)胞蛋白質(zhì)組進行全面的研究。

基于質(zhì)譜(MS)的蛋白質(zhì)組學(xué)已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)測量生物系統(tǒng)中蛋白質(zhì)分子的主要工具之一?？梢詮膹?fù)雜的蛋白質(zhì)組中識別和定量數(shù)千個蛋白質(zhì)。

在2020年12月，Nature Methods上發(fā)表了《diaPASEF: parallel accumulation-serial fragmentation combined with data-independent acquisition》一文，把蛋白質(zhì)組學(xué)的研究推入了4D時代。

文章中提到的timsTOF Pro 4D質(zhì)譜技術(shù)通過分析分子量和離子淌度的相關(guān)性，搭配最新的DIA數(shù)據(jù)采集模式，不僅覆蓋了選擇窗口中整個質(zhì)核比范圍，還提高了識別入射離子的分辨率，從而可以鑒定到更多的蛋白質(zhì)種類，也更加具有微量樣本檢測優(yōu)勢。

這為科研用戶對極難獲得的珍貴樣本進行研究提供了保證。timsTOF Pro質(zhì)譜儀穩(wěn)定性高、對于修飾肽段的鑒定可靠性增加的特點，也使科研用戶們可以用此質(zhì)譜儀應(yīng)對更廣泛的科學(xué)研究問題。

01技術(shù)原理

利用質(zhì)譜儀開展的蛋白組學(xué)研究中，質(zhì)譜的掃描速度會影響蛋白的鑒定深度。引入雙TIMS/PASEF (Parallel Accumulation - SErial Fragmentation平行累積串行碎裂)分離技術(shù)的timsTOF Pro平臺使得蛋白質(zhì)組學(xué)進入了4D蛋白質(zhì)組學(xué)新時代。

傳統(tǒng)的3D分離技術(shù)包括保留時間（retention time）、質(zhì)荷比（m/z）、離子強度（intensity），4D分離技術(shù)增加了第四個維度——離子淌度（mobility），進而大幅度的提高了掃描速度和檢測靈敏度，大幅提升蛋白鑒定的數(shù)量和覆蓋率。

timsTOF Pro創(chuàng)新性地使用了雙TIMS分離/富集裝置，離子在第一個TIMS部分中進行累積，在第二個TIMS中根據(jù)淌度進行分離，經(jīng)過分離后的離子繼續(xù)用于MS/MS碎裂。

往復(fù)進行此過程，當(dāng)?shù)诙€TIMS進行分離時，第一個TIMS也同時在平行地累積離子，這樣可以實現(xiàn)近乎100％的離子利用率，并減少1價離子（雜離子）的干擾。

02 技術(shù)優(yōu)勢

更快的速度，大于 120 Hz MS/MS，是實際樣本分析掃描速度最快的質(zhì)譜儀。

更高的靈敏度，利用離子淌度在時間和空間進行聚焦，使靈敏度提高了20倍，對微量樣品適應(yīng)性好。

更高的專屬性，與傳統(tǒng)3D質(zhì)譜相比增加了離子淌度這一維度，可對待測蛋白進行四維鑒定和定量分析，提高譜圖可靠性。

更高的峰容量，通過離子淌度維度的加入使峰容量增加了10倍，能鑒定到更多的蛋白。

在任何速度下均能保持高分辨率。

性能穩(wěn)定，耐臟，重現(xiàn)性好。

03 實驗流程

04 應(yīng)用場景

05 應(yīng)用樣本類型

06 微量樣本數(shù)據(jù)結(jié)果展示

SBC對微量Hela QC樣本、流式分選肝癌細(xì)胞樣本和冰凍眼眶顯微切割樣本開展了蛋白質(zhì)組實驗，并進行了生物信息學(xué)分析。結(jié)果展示如下：

冰凍眼眶顯微切割組織

由以上結(jié)果可以看出，在微量Hela QC樣本、流式分選肝癌細(xì)胞樣本和冰凍眼眶顯微切割樣本的測試中，即使在微量樣本中仍然可以鑒定出數(shù)千的蛋白質(zhì)，這相比于其他的質(zhì)譜平臺，在鑒定數(shù)量上大大提高，占有絕對的優(yōu)勢。使用此蛋白質(zhì)譜平臺可以得到準(zhǔn)確且高質(zhì)量的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，在微量樣本使用方面可滿足蛋白領(lǐng)域科研用戶的更多需求。

07 數(shù)據(jù)分析部分結(jié)果展示

蛋白鑒定分析：

差異蛋白分析：

功能挖掘：

08 研究思路

09 應(yīng)用案例

案例一：4D蛋白質(zhì)組學(xué)分析新冠肺炎早期的免疫抑制特征

本研究利用4D定量蛋白質(zhì)組學(xué)檢測技術(shù)（4D-DIA）對來自新冠肺炎感染者、健康捐獻者和非新冠病毒感染的肺炎患者的尿樣進行分析。檢測到的分子水平變化暗示新冠肺炎感染早期階段存在免疫抑制和tight junction的損傷發(fā)生。研究者進一步將新冠肺炎患者按照疾病程度分為中度和重度兩組并進行比較發(fā)現(xiàn)：在重度患者中出現(xiàn)了激活的免疫反應(yīng)，并提出了新冠病毒感染的“兩階段”發(fā)病機制?；谏鲜鼋Y(jié)果，他們加深了對新冠肺炎感染臨床特征的理解，并為未來研究機制和治療方法提供資源。

研究設(shè)計

新冠肺炎“兩階段”模型

案例二：多組學(xué)分析揭示了疤痕和再生傷口愈合過程中不同的分子事件

再生是組織修復(fù)的關(guān)鍵，但皮膚損傷通常會產(chǎn)生纖維化的、無功能的疤痕。開發(fā)促進再生的療法需要嚴(yán)格了解從損傷到纖維化或再生的分子進展。在此，研究者在轉(zhuǎn)錄（單細(xì)胞RNA測序）、蛋白質(zhì)（TIMSTOF蛋白質(zhì)組學(xué)）和組織（細(xì)胞外基質(zhì)超微結(jié)構(gòu)分析）水平上對瘢痕與YAP抑制誘導(dǎo)的傷口再生進行分析。

結(jié)果顯示，破壞YAP的機械傳導(dǎo)，可以通過激活Trps1和Wnt信號的成纖維細(xì)胞產(chǎn)生再生修復(fù)。他們也通過體內(nèi)基因敲除和在傷口中過表達(dá)進行驗證，確定Trps1是一個關(guān)鍵的調(diào)節(jié)基因。該研究的發(fā)現(xiàn)作為傷口再生的多組學(xué)圖譜，對病理性纖維化有治療性意義。

纖維化和再生性傷口的多模式分析

識別修復(fù)的分子軌跡

確定Trps1在再生中的功能意義

審核編輯：劉清