Cell重磅 | 29种器官+细胞蛋白组图谱，解密人类血浆蛋白起源之谜

景杰生物 | 报道

人体是一个高度协调的有机整体，器官组织、细胞及体液等共同维持正常的生理功能。血浆蛋白质组作为人体内动态变化的重要分子库，承载着器官、细胞与循环系统间复杂的信号交流。针对体液和组织的蛋白质组研究为理解疾病的发生发展机制提供了重要的见解（点击链接详细阅读：【重大突破】Nature Medicine发布重磅基于蛋白质组生物标志物研究成果）。然而，目前对各器官和细胞在健康与疾病状态下如何影响血浆蛋白质组仍缺乏系统研究。

近日，国际顶刊Cell上在线发表了题为“Human proteome distribution atlas for tissue-specific plasma proteome dynamics”的最新研究成果。蛋白质组学领域大咖瑞典隆德大学Johan Malmström团队（曾在Ruedi Aebersold教授实验室进行博士后研究，共同开发了基于DIA的OpenSWATH技术）运用基于质谱的蛋白质组学方法，首次构建了包含21种组织、8类血细胞的人类蛋白质组分布图谱，实现了血浆中蛋白质的组织起源的准确推断，并揭示了这些蛋白质在疾病状态下的动态变化。研究成果为解析血浆蛋白质组的组织来源和疾病动态变化提供了全新视角。

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血浆为中心的组织细胞分布图谱的构建

为了探讨血浆蛋白质组的起源，研究团队选择了18种血管化器官（包括心脏、肝脏、脾脏、肾脏等）和8种血液中含量丰富的细胞类型（包括中性粒细胞、红细胞、血小板等），运用基于质谱的蛋白质组学方法，构建了一个覆盖10786种蛋白的人类蛋白质组图谱。

由于许多蛋白质在多个组织中都有产生，且数量各异，这使得蛋白质与组织的关联分类困难重重。为解决这一问题，研究团队创新性地运用均匀流形逼近与投影（UMAP）和加权高斯核密度估计（KDE）方法，将蛋白质投影到二维潜在空间，依据各器官的信号贡献对蛋白质进行分类，为后续研究奠定了基础。

运用该方法，研究在9827种定量蛋白质中，5108种被明确标注为组织或细胞特异性，其中脑、肝脏和中性粒细胞贡献的蛋白质最多。并识别到几种已知具有组织关联的蛋白质，例如心肌肌钙蛋白、胰腺淀粉酶和肺表面活性剂相关蛋白。此外，不同蛋白质的功能富集结果与对应细胞和器官的生物学功能高度匹配。以上结果印证了该分类策略的准确性。

图1 本文样本概述和研究策略

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全局标签评分（GLS）的应用

为进一步提升蛋白质-组织关联的准确性，研究者整合已发表的RNA和蛋白质图谱数据，开发了全局标签得分（GLS）系统，定量评估蛋白质与组织的关联置信度。GLS系统为每种蛋白质分配一个置信度评分。分数越高，表示蛋白质与某个组织的关联越明确。

在本研究中，约5%的蛋白质被GLS系统分配了最高的置信度评分，表明它们具有非常高的组织特异性。例如，心脏蛋白主要在心脏中表达。剩下的95%的蛋白质置信度评分较低。意味着这些蛋白质可能在多个组织中都有表达，或者它们的表达量较低，从而无法明确地将它们分配到某个特定组织。

图2 人类蛋白质组的全局分布图谱

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图谱与疾病的关联

为了测试图谱在病理条件下的应用能力，研究者在三种不同的疾病队列（胰腺炎、心肌损伤和感染）对主要血浆蛋白和组织源性蛋白进行了分析。

研究发现：在胰腺炎患者血浆中，11种胰腺特异性蛋白质显著升高。心肌损伤患者血浆中，5种心脏特异性蛋白质显著升高。在细菌感染患者血浆中，中性粒细胞、巨噬细胞来源的蛋白显著提升，而血小板来源的蛋白显著下调。这些结果表明，在疾病状态下，特定组织或细胞来源的蛋白在血浆中发生显著变化，提示其与器官损伤的强相关性。这些蛋白质可以作为潜在的疾病生物标志物用于疾病的诊断和预后评估。

图3 血浆中组织或细胞蛋白特征的病理变化

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图谱的临床应用

为了进一步量化不同组织和细胞对血浆蛋白质组成的影响，研究者纳入了两个大规模的血浆队列（英国生物样本库的54219名参与者和1364名脓毒症患者的队列）进行分析。分析发现，不同组织对血浆蛋白质组的贡献存在显著差异。在所有被分析的组织中，大脑、脾脏、肝脏、肌肉和胰腺等大型血管化组织器官，对血浆的贡献显著高于前列腺和膀胱等小型器官。

此外，研究发现，组织特异性蛋白在疾病状态下的丰度变化与器官损伤密切相关。例如，在肝脏功能障碍患者中，128种肝脏特异性蛋白质的丰度显著增加。这些结果进一步证实了全局分布图谱在疾病诊断和生物标志物发现中的潜在应用价值。

图4 血浆中的组织蛋白分析

综上所述，本研究构建了一个涵盖21种组织和8种细胞类型的人类组织特异性血浆蛋白质组分布图谱，开发全局标签评分（GLS）以客观确定蛋白质-组织关联。研究揭示了不同器官和细胞对血浆蛋白质组的影响，发现主要血浆蛋白受严格稳态控制。并在多种疾病队列中验证了器官特异性蛋白质的动态变化，为无创诊断提供新思路。

图5 本研究模式图

景杰评述

近年来，血浆蛋白组作为了解疾病和生物标志物的发现已得到了广泛的研究，本研究的亮点在于：通过构建涵盖组织和血液成分（21种组织和8种细胞类型）的全局性图谱，反映了人体整体的蛋白质分布情况，并且能够推断血浆中检测到的蛋白质的组织来源。这种策略不仅为理解血浆蛋白质组的动态变化提供了新的视角，还为疾病诊断和生物标志物发现提供了有力工具。可以说，基于组织和血浆的大规模蛋白质组学分析的结合将为未来研究中组织蛋白质在许多病理条件下如何调节提供有价值的见解。

景杰生物作为蛋白质组学驱动精准医学领域的领军企业，具有针对生物标志物研究的完整解决方案，其中包含了血液蛋白质组学-基于抗体、血液蛋白质组学-基于磁球、高深度血液蛋白质组、N-糖基化组学、O-GlcNAc修饰组学、完整N糖肽组学及PRM靶向蛋白质组学等检测服务，完成了数以千计的样本检测，积累了丰富的技术开发和项目经验。同时，截至目前，关于生物标志物项目成果接连见刊于STTT、Med、Nat Commun等顶尖期刊。如果您想了解景杰生物研究产品和服务的更多信息，可咨询景杰生物销售工程师、或拨打科服热线400-100-1145。

参考文献：

Malmström E,et al. 2025. Human proteome distribution atlas for tissue-specific plasma proteome dynamics .Cell.