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为解决空间组学技术向临床实践转化缓慢的问题，研究人员开展了空间蛋白质组学相关研究。结果发现空间蛋白质组学比空间转录组学更具可扩展性且成本更低，能助力理解疾病机制，推动个性化治疗发展，对改善患者治疗及预后意义重大。
空间生物学是生命科学领域近年来备受瞩目的研究方向，它聚焦于探究细胞内 RNA、蛋白质和代谢物等物质的空间分布，试图从空间维度揭示生命活动的奥秘。以往，像单细胞 RNA 测序这样的解离技术，虽然能够获取细胞的基因表达信息，但却丢失了细胞在组织中的空间位置信息，就如同将一幅完整的拼图拆散，难以还原其原本的空间结构。而空间组学技术的出现，就像是给研究者们提供了重新拼凑拼图的机会。
在疾病研究方面，理解疾病的发病机制一直是医学领域的重大挑战。以肿瘤为例，肿瘤细胞并非孤立存在，它们与周围的肿瘤微环境密切互动，这种互动涉及到细胞间的信号传导、物质交换等复杂过程。要想深入了解肿瘤的发生、发展以及转移机制，仅仅依靠传统的测序技术远远不够，因为这些技术无法提供细胞所处的空间位置以及细胞间相互作用的信息。此外，对于许多疾病的诊断和治疗，目前也缺乏精准有效的手段。例如，在临床实践中，如何准确地对疾病进行分型、分层，从而为患者提供个性化的治疗方案，成为亟待解决的问题。正是在这样的背景下，空间组学技术应运而生，为解决这些难题带来了新的希望。
在众多空间组学技术中，空间转录组学和空间蛋白质组学是两大重要分支。近年来，研究人员在这两个领域开展了深入研究。虽然空间转录组学在解析肿瘤基因表达和肿瘤微环境方面取得了一定进展，也发现了一些具有潜在诊断和预后价值的生物标志物，但由于其可扩展性不足，每次只能捕获相对少量的基因表达模式，而且 RNA 表达与蛋白质翻译之间并非总是直接相关，这些因素限制了它在临床实践中的广泛应用。相比之下，空间蛋白质组学技术展现出了独特的优势。
研究人员对空间蛋白质组学技术进行了多方面的探索。其中，深度视觉蛋白质组学（DVP）技术备受关注。DVP 技术由多个研究团队共同探索发展，它将人工智能驱动的细胞表型图像分析与无偏蛋白质组学相结合。在毒上皮坏死松解症（一种严重的皮肤水泡疾病，是皮肤药物不良反应的严重形式）的研究中，研究人员利用 DVP 技术对患者组织切片中的角质形成细胞和免疫细胞的蛋白质表达特征进行了前所未有的深度分析。通过这项研究，研究人员发现 Janus 激酶 - 信号转导和转录激活因子（JAK - STAT）通路在毒上皮坏死松解症中被上调。随后，他们使用已知的 JAK 抑制剂对患者进行治疗，结果发现 7 名患者的皮肤重新上皮化并逐渐康复。这一研究成果不仅为毒上皮坏死松解症的治疗提供了新的思路和方法，也充分展示了空间蛋白质组学技术在疾病研究和治疗中的巨大潜力。
除了 DVP 技术，许多生物技术公司也在空间蛋白质组学领域积极布局。例如，Akoya Biosciences 公司开发了一种专有化学技术，能够在单细胞分辨率下实现全切片空间多组学分析。该技术将高复杂度的空间蛋白质组学和转录组学相结合，可用于进行深度空间表型分析，目前主要聚焦于癌症免疫治疗反应预测和生物标志物发现。同时，该公司与临床阶段的肿瘤学公司 NeraCare 和 Acrivon 展开合作，利用其认证平台和检测方法开发个性化疗法，并对多种癌症中与临床相关的生物标志物进行分析，旨在更好地为患者匹配合适的治疗方案。
在数据处理和分析方面，人工智能技术发挥了重要作用。深度学习技术能够轻松地与苏木精 - 伊红染色以及高复杂度成像质谱技术相结合，用于预测疾病结果、预后、基因型和治疗反应。Nucleai 公司的空间生物学平台通过人工智能引导对成像活检进行分析，可用于癌症诊断和生物标志物发现。在非小细胞肺癌的研究中，该平台已被用于预测患者对免疫检查点阻断疗法的反应，并在一项临床试验中帮助识别区分免疫治疗应答者和无应答者的生物标志物。
这些研究成果均发表在《Nature Biotechnology》杂志上，为空间蛋白质组学在临床实践中的应用提供了有力的理论支持和实践依据。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是深度视觉蛋白质组学（DVP）技术，它整合人工智能图像分析和无偏蛋白质组学，对组织样本进行蛋白质表达分析；二是单细胞（sc）DVP 技术，是 DVP 技术在单细胞层面的应用拓展；三是高分辨率成像技术，如全切片空间多组学技术，可在单细胞分辨率下获取组织的多组学信息；四是人工智能辅助数据分析技术，像深度学习算法，用于处理和分析大量的空间组学数据，挖掘其中的潜在信息。研究样本主要来源于患者的组织切片，这些样本为研究疾病状态下的细胞和蛋白质特征提供了重要材料。
下面具体来看研究结果：
- 疾病机制解析：通过 DVP 技术对毒上皮坏死松解症患者组织样本进行分析，详细描绘了角质形成细胞和免疫细胞的蛋白质表达特征，发现 JAK - STAT 通路在该疾病中上调。这一发现揭示了毒上皮坏死松解症发病过程中的关键分子机制，为后续的治疗干预提供了明确的靶点。
- 治疗方案探索：基于对 JAK - STAT 通路的研究，研究人员使用 JAK 抑制剂对毒上皮坏死松解症患者进行治疗。结果显示，7 名患者的皮肤重新上皮化并康复，证明了针对 JAK - STAT 通路的治疗策略在毒上皮坏死松解症治疗中的有效性，为该疾病的临床治疗提供了新的方向。
- 癌症诊疗应用：Akoya Biosciences 公司的技术能够实现单细胞分辨率下的全切片空间多组学分析，在癌症研究中，可用于预测癌症免疫治疗反应和发现生物标志物。通过与其他公司合作，利用该技术开发个性化疗法，为癌症患者的精准治疗提供了可能。同时，Nucleai 公司的空间生物学平台借助人工智能对成像活检进行分析，在非小细胞肺癌的诊疗中取得了重要成果，能够预测患者对免疫检查点阻断疗法的反应，并帮助识别免疫治疗的生物标志物，有助于提高癌症治疗的效果和患者的生存率。
综上所述，空间蛋白质组学技术在疾病研究和临床治疗方面取得了重要进展。它不仅能够深入解析疾病的发病机制，发现关键的分子靶点和生物标志物，还为个性化治疗方案的开发提供了有力支持。通过对毒上皮坏死松解症和癌症等疾病的研究，空间蛋白质组学技术已展现出其独特的优势和巨大的应用潜力。然而，目前该技术仍面临一些挑战，例如仪器和试剂成本较高，限制了其在临床常规检测中的应用；同时，技术的标准化和数据共享也有待进一步加强。未来，随着技术的不断发展和完善，空间蛋白质组学有望在临床实践中得到更广泛的应用，为人类健康事业带来更多福祉。
