蛋白質(zhì)作為功能分子，在生命活動(dòng)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(duì)整個(gè)組織或細(xì)胞蛋白質(zhì)組進(jìn)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(cè)量生物系統(tǒng)中蛋白質(zhì)分子的主要工具之一。可以從復(fù)雜的蛋白質(zhì)組中識(shí)別和定量數(shù)千個(gè)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(shí)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(gè)質(zhì)核比范圍，還提高了識(shí)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(cè)優(yōu)勢(shì)。

這為科研用戶對(duì)極難獲得的珍貴樣本進(jìn)行研究提供了保證。timsTOF Pro質(zhì)譜儀穩(wěn)定性高、對(duì)于修飾肽段的鑒定可靠性增加的特點(diǎn)，也使科研用戶們可以用此質(zhì)譜儀應(yīng)對(duì)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(huì)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(tái)使得蛋白質(zhì)組學(xué)進(jìn)入了4D蛋白質(zhì)組學(xué)新時(shí)代。

傳統(tǒng)的3D分離技術(shù)包括保留時(shí)間（retention time）、質(zhì)荷比（m/z）、離子強(qiáng)度（intensity），4D分離技術(shù)增加了第四個(gè)維度——離子淌度（mobility），進(jìn)而大幅度的提高了掃描速度和檢測(cè)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(gè)TIMS部分中進(jìn)行累積，在第二個(gè)TIMS中根據(jù)淌度進(jìn)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(jìn)行此過程，當(dāng)?shù)诙€(gè)TIMS進(jìn)行分離時(shí)，第一個(gè)TIMS也同時(shí)在平行地累積離子，這樣可以實(shí)現(xiàn)近乎100％的離子利用率，并減少1價(jià)離子（雜離子）的干擾。

02 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

更快的速度，大于 120 Hz MS/MS，是實(shí)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(shí)間和空間進(jìn)行聚焦，使靈敏度提高了20倍，對(duì)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(duì)待測(cè)蛋白進(jìn)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(shí)驗(yàn)流程

04 應(yīng)用場(chǎng)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(duì)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(shí)驗(yàn)，并進(jìn)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(cè)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(tái)，在鑒定數(shù)量上大大提高，占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。使用此蛋白質(zhì)譜平臺(tái)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(cè)技術(shù)（4D-DIA）對(duì)來自新冠肺炎感染者、健康捐獻(xiàn)者和非新冠病毒感染的肺炎患者的尿樣進(jìn)行分析。檢測(cè)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(jìn)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(jìn)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(jī)制。基于上述結(jié)果，他們加深了對(duì)新冠肺炎感染臨床特征的理解，并為未來研究機(jī)制和治療方法提供資源。

研究設(shè)計(jì)

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(huì)產(chǎn)生纖維化的、無功能的疤痕。開發(fā)促進(jìn)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(jìn)展。在此，研究者在轉(zhuǎn)錄（單細(xì)胞RNA測(cè)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(duì)瘢痕與YAP抑制誘導(dǎo)的傷口再生進(jìn)行分析。

結(jié)果顯示，破壞YAP的機(jī)械傳導(dǎo)，可以通過激活Trps1和Wnt信號(hào)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(jìn)行驗(yàn)證，確定Trps1是一個(gè)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(duì)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(shí)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