基于Orbitrap Astral质谱与TMT技术整合的衰老多组织蛋白质组景观拓展研究

研究人员通过整合Orbitrap Astral高灵敏度质谱与串联质谱标签(TMT)技术，系统解析了小鼠大脑（皮层、海马、纹状体）和肾脏在3/12/20月龄的蛋白质组动态变化，定量蛋白质达12,749种。创新性提出基于肽段分辨率与信噪比的过滤策略，揭示了组织特异性衰老模式（如肾脏的性别差异、脑组织的突触蛋白非线性变化），并整合发育期数据发现寿命跨度相关的蛋白质轨迹。该研究为衰老机制提供了迄今最全面的蛋白质组图谱，发表于《Nature Communications》。

　　

衰老是生物体生理功能逐渐衰退的核心生物学过程，与癌症、神经退行性疾病等重大疾病风险密切相关。尽管转录组研究已揭示部分衰老相关变化，但蛋白质作为生命活动的直接执行者，其动态变化与转录水平存在显著差异。此前研究受限于质谱技术灵敏度和样本年龄跨度，仅能检测约5000种蛋白质且多集中于两个年龄点，导致脑组织等关键器官的衰老特征被低估。更棘手的是，传统等obaric标签(TMT)定量技术在高丰度肽段检测中存在离子饱和问题，严重影响定量准确性。

为解决这些技术瓶颈，由Gregory R. Keele、Yue Dou等组成的跨国研究团队创新性地将Orbitrap Astral质谱仪与TMTpro 18-plex技术结合，对C57BL/6JN小鼠的皮层、海马、纹状体和肾脏开展跨性别（雌/雄）、跨年龄段（3/12/20月龄，相当于人类20-60岁）的蛋白质组分析。研究首先开发了基于肽段分辨率（>45K）和信噪比（S/N>1440）的过滤算法，有效矫正了离子饱和导致的定量偏差，最终在单组织中定量蛋白质达8,954-9,376种（四组织总计12,749种），覆盖深度较既往研究提升80%以上。

关键技术包括：（1）采用TMTpro 18-plex多重标记结合离线高效液相色谱(HPLC)分馏；（2）Orbitrap Astral质谱仪双分析器并行采集（Orbitrap用于全扫描，Astral用于高速MS/MS）；（3）建立基于C#程序的离子饱和检测流程；（4）整合早期发育期蛋白质组数据（Wang et al.）进行跨生命周期轨迹分析。

主要发现如下：

组织特异性衰老模式
主成分分析显示97.5%变异源于组织类型，但年龄和性别分别贡献0.5%和0.4%变异。肾脏呈现最显著的性别差异（4,272种差异蛋白），如Y染色体编码的EIF2S3Y在雄性高表达；而脑组织以年龄相关变化为主导，性别差异仅41-242种。

非线性衰老轨迹
通过贝叶斯信息准则(BIC)模型比较，发现肾脏中46%的年龄变化呈非连续模式（如免疫球蛋白κ链V-III的"上升-下降"趋势），而脑组织更倾向连续变化（占比72%）。典型案例如醛酮还原酶AKR1C13在雌鼠肾脏呈现独特的"上升-下降"波动，提示绝经期前后脂代谢需求变化。

脑区保守衰老特征
在3个脑区共有的2,245种差异蛋白中，代谢相关蛋白（如氧化还原酶GSTA4）随龄上调，而突触相关蛋白（如AMPA受体调控因子SHISA7）持续下调。与发育期数据对比发现，突触蛋白在幼年期（1周-2月龄）显著增加，成年后转为下降，与突触密度生命周期曲线吻合。

技术突破与验证
相比使用Orbitrap Lumos的同类研究（Takasugi et al.），Astral平台将低丰度蛋白检出率提高37%，且年龄差异检测一致性达R²=0.82。通过交叉验证发现，仅在本研究三年龄组设计中才能识别的非单调变化蛋白（如泛素蛋白酶USP24）在帕金森病模型中具有潜在意义。

这项研究建立了目前最全面的哺乳动物多组织衰老蛋白质组图谱，其创新性体现在：（1）首次揭示脑组织突触蛋白的非线性衰减与发育期形成"此消彼长"的关系；（2）提出离子饱和校正方案，为高通量TMT定量设立新标准；（3）发现肾脏性别差异随龄扩增现象（如转运体SLC22A19），提示性激素对器官衰老的长期调控。这些发现为靶向不同生命阶段的抗衰老干预提供了分子路标，特别是突触维持相关蛋白（如TRAP1）的双向调控可能成为神经退行性疾病的新靶点。

该成果的局限在于仅分析4种组织，且未涉及翻译后修饰研究。未来可结合单细胞蛋白质组学进一步解析衰老异质性。数据已通过ProteomeXchange（ID:PXD058160）共享，为衰老研究领域提供了重要资源。