《Nature Communications》：Simultaneous profiling of native-state proteomes and transcriptomes of neural cell types using proximity labeling
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为了在细胞水平上同时解析转录组和蛋白质组，研究者们开展了一项名为同步蛋白质与RNA组学(SPARO)的技术开发。该研究利用BV2小胶质细胞、HEK293细胞系，以及星形胶质细胞和神经元特异性Cre小鼠模型，通过TurboID对RNA相互作用的胞质蛋白进行生物素化标记，实现了细胞类型特异性蛋白质和蛋白关联RNA的富集。结果表明，SPARO方法能够准确反映细胞全局蛋白质组和转录组，并成功捕获了脂多糖诱导的神经炎症效应，为理解神经细胞在生理与病理状态下的分子调控提供了新工具。
深入理解细胞的分子构成是揭示其在发育、衰老、损伤和疾病中作用的关键。传统上，科学家们主要通过分析细胞的转录组（mRNA）来推断其功能状态，但这并不能完全代表蛋白质的实际水平和活性。因为从mRNA到蛋白质的翻译过程受到多层次的调控，导致两者的丰度相关性通常不高。为了更全面地描绘细胞表型，必须对转录组和蛋白质组进行互补性的联合分析。然而，现有技术往往难以从复杂的生物样本（如脑组织）中，无偏地、同时地获取特定类型细胞的这两种组学信息，这成为了深入探索神经系统细胞功能与分子机制的瓶颈。
为了突破这一限制，一个研究团队在《Nature Communications》上发表了一项创新性研究，他们开发了一种名为“同步蛋白质与RNA组学”（Simultaneous protein and RNA -omics, SPARO）的新方法。该方法巧妙地解决了从复杂组织中同步捕获特定细胞类型的原生状态蛋白质组和转录组的难题，为细胞类型水平的分子表型解析提供了强大的工具。
这项研究主要运用了几个关键技术方法：首先是TurboID邻近标记技术，将其与细胞类型特异性的Cre重组酶系统结合，实现在体（in vivo）条件下对目标细胞（如神经元、星形胶质细胞）的胞质蛋白进行特异性生物素化。其次是利用链霉亲和素珠对生物素化的蛋白质及其相互作用RNA进行协同富集。最后，对富集产物分别进行基于质谱的蛋白质组学分析和基于测序的转录组学分析。在验证阶段，研究使用了BV2小胶质细胞和HEK293细胞系作为体外（in vitro）模型，并利用了与Rosa26-TurboID敲入小鼠杂交的星形胶质细胞和神经元特异性Cre驱动小鼠作为在体模型。
SPARO方法在体外系统中的验证
研究人员首先在培养的BV2和HEK293细胞中应用SPARO。他们通过比较SPARO富集到的蛋白质组/转录组与细胞全局的蛋白质组/转录组，验证了该方法所获数据的代表性。分析显示，SPARO捕获的蛋白质和RNA谱能够高度反映细胞的全局分子状态，证明了该方法用于组学分析的保真度。此外，当用脂多糖（LPS）刺激BV2细胞诱导其向促炎表型（即神经炎症激活）转变时，SPARO同样能够准确捕获到由LPS触发的、在转录组和蛋白质组水平上的显著变化。这表明SPARO不仅适用于稳态分析，也能灵敏地反映细胞对外部刺激的动态分子响应。
SPARO在体内神经系统中的应用
在成功进行体外验证后，研究者将SPARO应用于更复杂的在体环境——小鼠大脑。他们利用转基因小鼠工具，分别对星形胶质细胞和神经元进行了细胞类型特异性的TurboID表达和邻近标记。通过SPARO流程，他们成功地从成年小鼠脑中分离并分析了这两种主要神经细胞的天然状态（native-state）蛋白质组和转录组。这是首次实现在体条件下，从同一样本、同一群细胞中同时获得特定神经细胞类型的两种组学数据。该应用验证了SPARO在复杂组织环境中工作的可行性。
mRNA-蛋白质一致性与不一致性分析
拥有了匹配的细胞类型特异性转录组和蛋白质组数据后，研究团队对mRNA与蛋白质水平的一致性与不一致性进行了深入探究。他们发现，在不同细胞类型之间，许多生物学过程在转录和翻译层面表现出保守的协调模式。例如，与核糖体生物合成和氧化磷酸化相关的基因，其mRNA和蛋白质水平在星形胶质细胞和神经元中均表现出高度一致性。然而，他们也识别出大量具有细胞类型特异性的不一致模式。某些通路（如与突触功能相关的通路）在神经元中显示出mRNA与蛋白质的良好关联，但在星形胶质细胞中则关联较弱，提示了转录后调控机制可能存在细胞类型特异性。这些分析为理解分子过程在不同细胞类型中是如何被统一或差异化调控提供了新的见解。
该研究的结论是，团队成功开发并验证了SPARO这一创新方法，它能够从培养细胞和复杂组织中，同时捕获特定细胞类型的转录组和蛋白质组。研究不仅证明了该技术获取的数据能真实反映全局组学状态和对刺激的响应，更重要的是将其成功应用于解析小鼠大脑中神经元和星形胶质细胞的天然分子图谱。通过对匹配的组学数据进行整合分析，研究揭示了在不同神经细胞类型中，基因表达在转录与翻译层面存在全局性和细胞特异性的调控模式。
这项研究的意义重大。SPARO方法填补了细胞类型特异性多组学同步分析技术的空白，为发育生物学、神经科学、疾病机制研究等领域提供了强有力的新工具。它使得研究人员能够以前所未有的分辨率和维度，在生理和病理条件下深入描绘不同细胞的分子表型，特别是在像神经退行性疾病、脑肿瘤、神经精神疾病等涉及特定细胞类型功能紊乱的领域，SPARO有望帮助发现新的细胞特异性生物标志物和治疗靶点。该研究为在系统水平上理解细胞功能及其在健康和疾病中的调控网络奠定了方法学基础。
