ΩOmicSolution蛋白质组学技术平台

Protein turnover / pSILAC-DIA / protein lifetime

蛋白质组周转研究

蛋白质组周转研究用时间维度拆解蛋白丰度背后的动态过程:一个蛋白当前有多少、正在合成多少、旧蛋白以多快速度被清除、修饰位点是否改变蛋白寿命。 完整技术路线依次包括合成与降解模型、同位素标记实验、DIA 采集、Spectronaut 证据核查、动力学拟合和生物学解释。

Beginner primer

新学员需要先掌握的背景

turnover 蛋白质组学的核心不是一种单独软件功能,而是一套“给蛋白加时间标签,再用质谱读出动态变化”的实验与分析体系。 学员进入具体文献前,需要先把以下术语放到同一张逻辑图里。

pulse

脉冲标记

在某个时间点把细胞或动物暴露到新同位素氨基酸环境中。之后新合成蛋白带有新标签,标记前已经存在的旧蛋白仍保留旧标签。

SILAC

稳定同位素氨基酸标记

用 light / heavy 氨基酸让同一肽段产生可区分的质量差。质谱中看到的 light 与 heavy 峰面积比例,反映新旧蛋白池的相对变化。

DIA-MS

数据非依赖采集

DIA 在预设 m/z 窗口内系统采集碎片信息,适合在大量 run、多个时间点和多条件中保持可比的肽段定量。

fraction new

新蛋白比例

随着标记时间延长,新合成蛋白占比增加。该比例的曲线形状可用于估计蛋白更新速度。

kdeg / half-life

降解常数与半衰期

kdeg 描述旧蛋白清除速度;half-life 是旧蛋白剩下一半所需时间。二者是 turnover 研究最常见的寿命读数。

SPLAT / Turnover-PPT

从细胞动态到空间和组织图谱

SPLAT 把 protein age 与亚细胞定位合并分析;Turnover-PPT 将组织、脑区、蛋白寿命和磷酸化位点动态整合为图谱。

Concept model

turnover 研究的核心问题

蛋白丰度是某一时刻的库存量。turnover 关注库存量背后的流入和流出:翻译产生新蛋白,折叠与复合体装配决定其稳定性,泛素化、 自噬或其他降解路径清除旧蛋白。只有把合成和降解分开,才能判断一个蛋白是“被更多制造出来”,还是“因为更慢降解而积累”。

Input

合成速率

由转录、mRNA 稳定性、翻译效率、氨基酸供应和细胞状态共同决定。

Pool

当前丰度

常规 DIA 最容易测到的是库存量,但库存量相同并不代表动态过程相同。

Output

降解速率

反映旧蛋白清除速度,可转换为 protein lifetime 或 half-life。

steady state equation

丰度变化需要同时看合成与降解

dP / dt = synthesis rate - degradation rate x P

稳态时蛋白量不变,并不意味着蛋白没有变化;可能是合成和降解同时很快,也可能是两者都很慢。 turnover 实验通过同位素或代谢标记给“新蛋白”和“旧蛋白”打上可区分的质量标签,从时间序列中估计降解常数。

合成
new protein
protein pool
降解
old protein

Visual atlas

蛋白质组周转研究概览

以下示意图根据 proteome turnover 综述、SPLAT 和 Turnover-PPT 的方法思想重绘为教学版,图角标明对应文献出处。 目标是让学员先看懂“样本如何被标记、信号如何被质谱读出、ratio 如何变成 half-life、结果如何放回空间定位和组织图谱”。

脉冲 SILAC-DIA 测定蛋白周转率原理图 短时脉冲标记后,旧蛋白 light 信号逐渐下降,新合成蛋白 heavy 信号逐渐累积;DIA-MS 读取肽段峰面积并拟合 kdeg / half-life。 1 Light 培养 旧蛋白 light Arg0 / Lys0 R0 / K0 t0 切换 2 Heavy 脉冲 新蛋白 heavy Arg10 / Lys8 R10 / K8 3 时间点采样与 DIA-MS 0 h2 h8 h24 h DIA-MS 4 H/L ratio 随时间变化 时间 相对信号 heavy 上升 light 下降 5 动力学拟合与周转参数 old fraction(t) = e^(-kdeg x t) t1/2 = ln(2) / kdeg 输出结果 kdeg / half-life peptide consistency
pulse SILAC-DIA 总览图:light 通道使用 Arg0 / Lys0(R0 / K0),heavy 通道使用 Arg10 / Lys8(R10 / K8)。后续图表进一步解释每个模块的实验含义、数据读数和质量控制边界。

pulse SILAC-DIA

旧蛋白下降,新蛋白累积

Pulse labeling timeline t0 换入 heavy 氨基酸 t1 t2 t3 旧蛋白 light 随时间减少 新蛋白 heavy 随时间累积 DIA-MS 读取肽段峰面积 H/L ratio 进入动力学拟合 light / old peptide heavy / new peptide kdeg -> half-life

读图要点:同一 peptide 的 light 与 heavy 信号必须在每个时间点可追溯,才能把比例变化转换为降解常数。

SPLAT

同一次实验同时解析时间和空间

SPLAT: MS1 encodes time, MS2 encodes space dynamic SILAC light / heavy protein age fractionation cytosol / ER mitochondria... TMT spatial channel MS2 reporter 时间维度 new / old peptide -> fractional synthesis rate 空间维度 fraction profile -> organelle localization 同一蛋白可拆成 old pool 与 new pool 的定位变化

读图要点:SPLAT 的学习价值在于把“蛋白活多久”和“蛋白在哪里”合并解释,适合讲解应激、转运和亚细胞稳态。

Turnover-PPT

组织图谱把 abundance、lifetime、PTM 放在一起

Tissue turnover atlas brain heart liver muscle 同一蛋白在不同组织中可能寿命不同 short mid long very long T50 scale 组织丰度 + 蛋白寿命 + 磷酸化位点 turnover -> tissue dynamic proteotype

读图要点:组织图谱不能只看丰度热图;同一蛋白的寿命、互作伙伴寿命协调和磷酸化位点稳定性都可能组织特异。

Figure reading guide

把参考文献图表拆成可学习的问题

文献图表不应只作为截图摆放。阅读时应先判断这张图在回答哪一层问题:概念框架、实验设计、质谱读数、质量过滤、动力学建模、 还是组织与通路解释。下表按研究问题归纳参考文献的图表证据,分别对应时间维度、同位素比例、动力学拟合、PTM 和组织通路解释。

Developmental Cell 2020 review

综述示意图:先建立 turnover 的全局变量

综述类图表适合用来解释 synthesis、degradation、translation rate、protein lifetime 与 abundance 的关系。学员应先看懂“丰度只是库存,turnover 才是流速”。

对应:核心问题与稳态公式

pSILAC-DIA / Mol Syst Biol

时间序列图:从同位素峰到蛋白降解率

相关图表通常包含时间点、light/heavy peptide pair、DIA 定量和降解曲线。教学重点是 ratio 不是终点,ratio 需要进入时间序列拟合。

对应:同位素比例到蛋白寿命

BoxCarmax

采集窗口图:为什么采集方式会影响 turnover

同位素肽对处在复杂背景中,DIA 窗口过宽时容易出现干扰。该类图表应拆解为窗口选择、选择性、峰干扰和 peptide pair 可追溯性。

对应:DIA 策略与同位素肽对

DeltaSILAC / phospho-turnover

位点动态图:PTM 不是只看差异位点

磷酸化位点图表需要同时看位点定位、修饰肽丰度、蛋白层寿命和位点 turnover。教学重点是 site-level 动态不能直接等同于 protein-level 动态。

对应:PTM-site turnover 解释

Nature Communications 2024 SPLAT

Fig. 1 逻辑:同一数据中合并时间与空间

SPLAT 的图表核心是双重编码:动态 SILAC 提供 protein age,TMT 分馏提供亚细胞定位。它回答的是 old/new protein pool 是否在细胞空间中发生不同分布。

对应:SPLAT 重绘图

Cell 2025 Turnover-PPT

Fig. 1-2 逻辑:组织图谱需要三层读法

Turnover-PPT 的组织图谱应同时读 abundance、protein lifetime 和 phosphosite turnover。教学重点是不同组织可共享丰度趋势,却具有不同寿命和调控稳定性。

对应:组织级图谱与研究进展

Panorama map

turnover 蛋白质组学全景框架

参考文献中的概念、方法和图表可归纳为六层结构。掌握这六层后,再读具体论文图表时可以判断: 这张图是在定义生物学问题、说明实验设计、展示质谱证据,还是支持下游机制解释。

01

生物学问题层

蛋白丰度变化来自合成、降解、稳定性、定位、修饰和复合体装配的共同结果。

02

标记实验层

pulse SILAC、dynamic SILAC、TMT 分馏和组织代谢标记为“新旧蛋白池”提供可测标签。

03

质谱采集层

DIA、BoxCarmax、高选择性窗口和 PTM 富集决定 light/heavy peptide pair 能否稳定识别。

04

证据过滤层

run QC、ChannelQ、GroupQ、q-value、XIC、峰边界和 excluded feature 决定 ratio 是否可信。

05

动力学建模层

fraction new、old fraction、kdeg、half-life、残差和 peptide 一致性将时间序列转换为寿命读数。

06

机制解释层

把 protein lifetime 放回 PTM、亚细胞定位、组织差异、复合体、非整倍体和药物响应中解释。

Readout logic

从同位素比例到蛋白寿命

pSILAC-DIA 的直接观测对象通常是同一 peptide 在 light 与 heavy 通道中的峰面积或强度比例。时间点越靠后,新标记 peptide 占比越高,旧 peptide 占比越低。 通过指数衰减或累积模型,可以把通道比例转换为 degradation rate、fraction new 和 half-life。

旧蛋白衰减

degradation rate

old fraction(t) = e^(-kdeg x t)

kdeg 越大,旧蛋白清除越快;在短时间窗内,慢周转蛋白的曲线可能很平,需要更长标记时间才能稳定估计。

半衰期

protein half-life

t1/2 = ln(2) / kdeg

half-life 是更直观的寿命读数,但必须和实验时间窗一起解释;超出时间窗太多的半衰期通常不应被过度解读。

新蛋白累积

fraction new

new fraction(t) = 1 - e^(-kdeg x t)

pulse 标记方案常用新标记比例描述蛋白替换进度;ratio 转换前需要确认轻重通道的响应、缺失和峰边界。

读数 回答的问题 技术边界 复核重点
Protein abundance 库存量是否变化 不能区分合成变快还是降解变慢。 归一化、批次、条件分组、蛋白推断。
Light / heavy ratio 新旧 peptide pool 的相对比例 受通道缺失、干扰峰、峰边界和响应差异影响。 light-heavy 共洗脱、ChannelQ、GroupQ、ratio recovery。
kdeg / half-life 蛋白清除速度和寿命 依赖时间点设计、重复数和模型假设。 拟合残差、peptide 一致性、异常时间点。
PTM-site turnover 修饰位点是否改变蛋白稳定性 需要区分 site localization、修饰肽丰度和蛋白层寿命。 modified sequence、site confidence、对应 unmodified protein turnover。

Experimental design

pSILAC-DIA 与扩展方法的实验逻辑

turnover 项目的关键不是“采几个时间点”这么简单。时间点要覆盖目标蛋白的动态范围,标记通道要能在 Spectronaut 中稳定识别, DIA 窗口要能分辨轻重肽对,重复设计要支撑 downstream 模型判断异常点。

1

选择标记策略

pulse SILAC 适合细胞体系;动物和组织研究可使用代谢标记或特定脉冲设计;PTM turnover 需要额外考虑修饰肽富集。

2

设计时间窗

快速周转蛋白需要早期密集时间点,慢周转蛋白需要更长采样周期;时间窗过窄会让 half-life 估计不稳定。

3

控制通道和批次

固定 light/heavy 或 multiplex 通道命名,记录 run order、condition、replicate 和 pooled bridge,避免后续 ratio 解释错位。

4

选择 DIA 策略

同位素 peptide pair 容易受复杂背景干扰;复杂样本、PTM 样本和宽动态范围样本需要更重视窗口选择和峰图可追溯性。

方法路线 核心思想 适用问题 主要风险
pSILAC-DIA 用新旧同位素 peptide 随时间变化估计蛋白降解。 细胞体系蛋白降解率、耐药适应、稳态重塑。 时间点不足、通道缺失、light/heavy 干扰。
BoxCarmax / 高选择性 DIA 提高同位素肽对在复杂背景中的选择性。 复杂样本、低丰度肽、宽窗口 DIA 难以稳定定量的项目。 方法设置与库、窗口、仪器性能需要一致验证。
DeltaSILAC / PTM turnover 把修饰位点动态和蛋白寿命联系起来。 磷酸化、信号通路、位点稳定性调控。 修饰定位置信度、富集偏倚、蛋白层与位点层混淆。
SPLAT 在同一实验中同时读取蛋白更新速度和亚细胞定位信息。 细胞器蛋白更新、应激后转运、old / new protein pool 定位差异。 分馏纯度、TMT 通道一致性、定位变化和 turnover 变化的因果边界。
multiplex-DIA 通过多通道设计提高吞吐量和条件比较能力。 多处理组、多时间点、药物反应、非整倍体模型。 通道特异性质量差异和 downstream 过滤规则不一致。

Technical deep dive

各技术路线的实验与数据细节

turnover 方法之间的差异,不在于最终都能给出 half-life,而在于它们给“新旧蛋白池”加标签的方式不同、质谱读数不同、 质量控制位置不同、能解释的生物学层级也不同。下面按技术路线逐项拆解。

pSILAC-DIA

用 light / heavy peptide pair 估计蛋白降解

解决的问题

在细胞体系中把“蛋白丰度是否变化”拆成“旧蛋白是否更快被清除”和“新蛋白是否更快合成”。

实验逻辑

在 t0 进行 SILAC pulse,后续多个时间点收样。旧蛋白保持原 light 标记,新合成蛋白带入 heavy 标记。

质谱读数

DIA 提取同一 peptide 的 light 与 heavy 峰面积,形成 H/L ratio、new fraction 或 old fraction 时间序列。

建模要点

用指数衰减或累积模型估计 kdeg,再换算 half-life。时间点必须覆盖曲线变化区,而不是全部落在平台区。

常见错误

把单个时间点 ratio 当作 half-life;忽略弱 heavy channel;把缺失通道用蛋白层 abundance 直接补齐。

Spectronaut 核查

检查 label channel、ApexRT、XIC、ChannelQ、GroupQ、excluded flag、peptide 间曲线方向是否一致。

BoxCarmax / 高选择性 DIA

降低宽窗口 DIA 对同位素肽对的干扰

解决的问题

pSILAC 样本中 light/heavy peptide pair 的质量差固定,但复杂样本背景会让宽窗口 DIA 更容易混入共碎裂干扰。

采集逻辑

通过更强调选择性的 DIA 窗口设计,把目标 m/z 区间分得更可控,使 isotope-labeled peptide pair 更容易被干净提取。

质谱读数

重点不是多得到一个新指标,而是提高 light/heavy 峰形、fragment trace 和肽对共洗脱证据的可靠性。

适用场景

低丰度蛋白、复杂背景、组织样本、PTM 富集样本或常规 DIA 中同位素肽对干扰明显的项目。

常见错误

只比较鉴定数,不检查 turnover ratio 的稳定性;窗口方案变化后仍沿用旧库、旧 iRT 或旧 report schema。

Spectronaut 核查

查看 fragment interference、RT alignment、peak boundary、light/heavy 共洗脱和同一蛋白不同 peptide 的 kdeg 一致性。

DeltaSILAC / PTM turnover

把修饰位点动态和蛋白寿命分开解释

解决的问题

磷酸化等 PTM 变化可能来自位点修饰占比变化,也可能来自蛋白本身新旧池变化。DeltaSILAC 关注位点层和蛋白层的差异。

实验逻辑

在动态标记基础上增加 PTM 富集,例如磷酸肽富集,再同时分析 modified peptide 与对应 protein turnover。

质谱读数

需要 modified sequence、site localization、modified peptide ratio、对应 protein-level ratio 和未修饰肽证据。

建模要点

先判断 phosphosite turnover 是否偏离蛋白整体 turnover,再讨论该位点是否可能影响稳定性、定位或复合体装配。

常见错误

把差异磷酸化位点直接解释成蛋白寿命变化;忽略位点定位置信度;用低质量单肽支撑位点动力学。

Spectronaut 核查

检查 modified sequence、PTM localization、EG / FG Qvalue、位点对应蛋白组证据和修饰肽 XIC 峰边界。

SPLAT

同时读取 protein age 与亚细胞定位

解决的问题

传统 turnover 告诉蛋白更新速度,但不告诉新旧蛋白在细胞空间中是否分布不同。SPLAT 把时间和空间放到同一实验中。

实验逻辑

dynamic SILAC 在 MS1 层提供 protein age 信息;亚细胞分馏和 TMT reporter 在 MS2 层提供空间定位或细胞器分布信息。

质谱读数

同一肽段既有 light/heavy 同位素信息,又有 TMT reporter 的 fraction profile,可拆出 old pool 和 new pool 的定位差异。

解释边界

定位变化可能来自真实转运、细胞器更新、分馏串扰或蛋白复合体状态变化,需要结合 organelle marker 和重复一致性。

常见错误

只看某个 fraction 的 reporter 强度,不检查分馏纯度;把 old/new pool 差异直接解释为转运,而未排除降解或合成差异。

数据核查

检查 organelle marker profile、TMT channel normalization、SILAC envelope、fraction-level missingness 和定位分数稳定性。

multiplex-DIA / KdeggeR

把 pSILAC-DIA 推进到多通道复杂表型

解决的问题

耐药、非整倍体或多处理组模型需要比较大量时间点和条件。multiplex-DIA 提高通道利用率,KdeggeR 面向 kdeg 差异分析。

实验逻辑

使用 2-channel 或 3-channel 标记策略,把条件、时间点或参照通道组织进同一批 DIA 数据,降低批次差异。

质谱读数

每个 channel 都需要单独质量判断,再把通过过滤的 peptide ratio 进入 protein-level degradation model。

统计要点

差异不应只看终点 abundance,而要比较 kdeg、half-life、拟合质量和 peptide 层一致性。通道级过滤决定模型可信度。

常见错误

把 multiplex channel 当作普通重复;忽略 channel-specific missingness;在低质量通道上直接运行 downstream 差异分析。

Spectronaut 核查

建立 channel-specific report schema,保留 ChannelQ、GroupQ、run、condition、label channel、excluded flag 和 XIC 回溯字段。

Turnover-PPT

组织级 proteome 与 phosphoproteome turnover 图谱

解决的问题

不同组织和脑区中,同一蛋白的丰度、寿命和磷酸化位点动态可能不同。Turnover-PPT 将这些层级整合成图谱。

实验逻辑

在组织尺度进行时间维度采样,分别测量蛋白组和磷酸化蛋白组,形成 tissue / brain region 层面的 protein lifetime 资源。

质谱读数

同时关注 protein abundance、protein lifetime、phosphosite turnover、组织特异性变化和 pathway / PPI network 层面的协调性。

解释要点

不要只读组织丰度热图。寿命更适合解释蛋白稳定性、复合体缓冲、神经退行性相关蛋白和组织功能需求。

常见错误

把组织间丰度差异当成 turnover 差异;忽略半衰期估计的时间窗;把 phosphosite turnover 与 protein turnover 混在一起。

数据核查

按组织、蛋白层、位点层分别检查覆盖度、时间点、拟合残差、同一 pathway 内寿命协调和 PTM localization confidence。

Data processing

数据处理要先保留证据,再汇总成蛋白寿命

turnover 数据最常见的错误是过早汇总:只保留 protein abundance 或 protein ratio,会丢掉判断异常 half-life 的关键证据。 合格的处理路径应先在 peptide / precursor / channel 层过滤,再把稳定证据汇总到蛋白层。

evidence-first pipeline

ratio 到 half-life 的处理顺序

1. run 质控 RT、质量精度、总强度、缺失率、批次漂移
2. 通道核查 light/heavy 或 multiplex channel 是否命名一致
3. peptide 过滤 q-value、fragment trace、excluded flag、干扰峰
4. ratio 计算 H/L、fraction new、missing channel、ratio recovery
5. 蛋白汇总 peptide 一致性、robust summary、异常肽剔除
6. 动力学拟合 kdeg、half-life、残差、置信区间、时间窗解释

report schema

pSILAC-DIA 报告字段必须能追溯到通道、肽段和峰图

用于计算 degradation rate 或 half-life 的报告,必须同时保留样本信息、对象层级、轻重通道、质量过滤和峰图回溯字段。 只导出蛋白层 abundance,无法判断异常结果来自真实动力学变化,还是来自弱通道、峰边界错位或被排除定量的 precursor。

样本与时间轴 R.FileName、Condition、Replicate、time point、run order
对象层级 PG / PEP / EG / FG、modified sequence、charge、precursor m/z
通道与比例 label channel、light quantity、heavy quantity、H/L ratio、fraction new
置信度与过滤 PG.Qvalue、EG.Qvalue、FG.Qvalue、ChannelQ、GroupQ、excluded flag
峰图回溯 ApexRT、StartRT、EndRT、XIC DB id、fragment trace id
建模输入 ratio recovery、missing channel、fit residual、peptide consistency

Spectronaut practice

Spectronaut 对接 turnover 项目的实操流程

turnover 项目在 Spectronaut 中不能按普通 label-free 定量项目处理。核心是把时间点、轻重通道、condition、replicate、channel set、 质量过滤和峰图回溯在同一个项目里固定下来。只有这样,导出的 ratio 才能继续进入 half-life、KdeggeR 或自定义动力学建模。

end-to-end handoff

从 RAW 到 half-life 的 7 步对接

01 样本表先行

为每个 run 固定 `sample_id`、`condition`、`time_point`、`replicate`、`label_channel`、`channel_set`、`raw_file`。

02 选择 labeled workflow

在 Analysis Settings 中使用 labeled workflow;需要 channel-level ratio 的项目不要强制按 label-free 解释。

03 配置 Conditions

Run Conditions 管 run 层信息;Channel Set 管 light/heavy 或多通道的 condition、label、modification 和 reference 方向。

04 运行 DIA 分析

按 library-based 或 directDIA 运行,并检查 RT calibration、mass accuracy、identification 和 channel coverage。

05 导出 report schema

保留 run、peptide、precursor、channel quantity、ratio、q-value、ChannelQ、GroupQ、RT 和 XIC linkage。

06 回看 XIC

对异常 ratio、弱 heavy channel、单点拉动曲线、peptide 间冲突进行 MS1 / MS2 XIC 复核。

07 进入建模

过滤低质量 feature 后,再进行 fraction new、kdeg、half-life、KdeggeR 或组织/位点层 downstream 分析。

sample sheet

样本表必须先定义实验语义

样本表不是文件清单,而是 downstream 模型的设计矩阵。`time_point` 应使用可计算的数值或统一单位;`condition` 记录处理组; `replicate` 区分生物重复;`label_channel` 记录 light、heavy、medium 或 reporter channel;`channel_set` 记录同一个 run 内通道如何对应条件。

label direction

ratio 方向必须全项目一致

pSILAC 常见输出可围绕 heavy / light、new / old 或 fraction new 组织。无论选择哪一种,都必须在 Channel Set 和下游脚本中保持同一方向, 否则 half-life 曲线会被反向解释。

reference channel

reference 不是普通对照组备注

Run-level reference 和 Channel Set 内 reference channel 含义不同。前者用于运行层比较语义,后者决定通道内 ratio 方向和 reference channel。 多通道或标签互换设计尤其需要单独记录。

Spectronaut 阶段 turnover 项目要做什么 必须导出/保留 错误信号
Analysis Settings 确认 labeled workflow、library/directDIA、enzyme、FASTA、PTM 和质量控制策略。 settings 版本、FASTA 版本、library 或 directDIA 方法。 同一项目不同批次使用不同 settings,或 labeled 项目被按 label-free 解释。
Run Conditions 给每个 run 绑定 condition、time point、replicate、fraction、channel set。 R.FileName、Condition、Replicate、time point、Run_ID。 时间点写成自由文本、重复编号不一致、channel set 缺失。
Channel Set 定义 light/heavy 或 multiplex channel 的 label、condition、modification、reference。 label channel、channel condition、modification、reference flag。 heavy/light 方向在不同 run 中反转;标签互换设计没有拆成不同 channel sets。
Channel-specific QC 分别检查 GroupQ、ChannelQ、MinQ / MaxQ、missing channel 和 excluded feature。 PG.Qvalue、EG.Qvalue、FG.Qvalue、ChannelQ、GroupQ、excluded flag。 整体 GroupQ 通过,但 weak channel 没有独立证据支撑。
Report Export 导出 peptide / precursor / channel 层证据,不只导出 protein abundance。 PG、PEP、EG、FG、quantity、ratio、charge、modified sequence、ApexRT。 下游发现异常 half-life,却无法回到 run、precursor 或 XIC 定位。
XIC Review 对异常 peptide pair 回看 MS1 / MS2 traces、峰边界和共洗脱。 StartRT、EndRT、ApexRT、XIC DB id、fragment trace id。 light/heavy 峰不共洗脱、某时间点 apex 漂移、背景峰被错误积分。

recommended export schema

建议建立一个专用 turnover report schema

样本列 R.FileName Condition Replicate TimePoint
对象列 PG.ProteinAccessions PEP.StrippedSequence EG.ModifiedSequence FG.Charge
通道列 LabelChannel ChannelQuantity LightQuantity HeavyQuantity
比例列 H_L_Ratio FractionNew RatioRecovery MissingChannel
质量列 PG.Qvalue EG.Qvalue FG.Qvalue ChannelQ GroupQ
回溯列 ApexRT StartRT EndRT XICDBID

字段名称可根据实际 Spectronaut 版本和导出模板调整,但信息层级不能缺失:样本、对象、通道、比例、质量、峰图回溯必须同时存在。

Spectronaut / LBL workflow

Spectronaut 中需要核查的 turnover 证据

Spectronaut 的 labeled workflow、channel quality、report schema 和 XIC 导出要放在同一条复核链中使用: 先确认标记通道,再确认每个通道的证据质量,随后导出可追溯 ratio,最后对异常肽回看 XIC。

label definition

通道定义决定 ratio 含义

light、heavy、time point、condition 和 replicate 必须在分析前固定。通道命名错误会让 H/L ratio 或 fraction new 直接变成错误生物学方向。

channel quality

弱通道不能直接拟合

GroupQ 通过不代表每个通道都稳定。turnover 项目需要检查 ChannelQ、missing channel、excluded feature 和低丰度通道峰形。

XIC review

异常 ratio 必须回到峰图

单个时间点拉动曲线、同一蛋白不同 peptide 方向不一致、heavy channel 异常偏低时,应查看 MS1 / MS2 XIC 是否共洗脱。

Spectronaut 对象 周转项目中的作用 必须检查的异常 建议动作
Label channel / channel set 定义 light、heavy 或 multiplex 通道的含义。 通道命名与实验时间点、处理组或 SILAC 标记不一致。 先固定命名表,再开始批量分析和报告导出。
ChannelQ / GroupQ 决定某一通道是否有足够证据进入 ratio 和 kinetics。 弱通道 q-value 偏高,GroupQ 通过但单通道不稳定。 在 peptide / precursor 层过滤,不要只在蛋白层补救。
Report schema 保证 run、sequence、charge、ratio、q-value、RT、XIC linkage 可追溯。 缺少 run 或 XICDBID,无法定位异常峰。 建立专用 pSILAC-DIA report schema,并保存版本。
Peak boundary / apex RT 判断 light/heavy 是否共洗脱,时间点是否选到同一真实峰。 heavy 与 light 峰边界错位,不同时间点 apex 漂移异常。 回看 XIC、干扰评分和 transition 选择。
Excluded from quantification 判断某个 feature 是否被软件排除在定量之外。 被排除 feature 仍被 downstream 脚本拿去拟合 half-life。 导出并保留排除标记,在 KdeggeR 或自定义脚本前过滤。

Interpretation

从 ratio 到机制结论的四级过滤

相关研究的共同点是:不会直接从蛋白 abundance 跳到机制结论,而是逐层确认 peptide evidence、channel evidence、kinetic fit 和 pathway / complex context。 这也是客户项目中最容易出错的地方。

1. 峰证据

先确认 peptide pair 是否可靠

  • light/heavy 是否共洗脱。
  • fragment traces 是否一致。
  • 是否存在共碎裂或背景峰。

2. 通道证据

再确认 channel 是否能定量

  • ChannelQ 和 GroupQ 是否通过。
  • 弱通道是否由真实峰支撑。
  • 通道缺失是否集中在特定时间点。

3. 拟合证据

再看 degradation curve

  • peptide 间方向是否一致。
  • 单一时间点是否过度拉动曲线。
  • half-life 是否超出实验时间窗可解释范围。

4. 生物学证据

最后进入 pathway / complex

  • 复合体成员寿命是否协调。
  • 磷酸化位点是否改变稳定性。
  • abundance 与 turnover 是否同向或反向。

Research progress

研究进展如何支撑上述方法

代表性文献适合放在技术路线之后阅读:每项研究都解决一个具体方法问题,包括 pSILAC-DIA 的可测性、复杂样本中同位素肽对选择性、 phosphorylation turnover 的解释、multiplex-DIA 的通道过滤,以及组织级 protein lifetime 图谱。

2020

proteome turnover 综述建立概念框架

系统区分合成、降解、half-life、translation rate 与 abundance,适合作为入门阅读的概念底座。

2020

pSILAC-DIA 建立蛋白降解测量框架

用 pulse SILAC 与 DIA-MS 联合测量 protein degradation,并将 turnover 与 mRNA abundance / isoform regulation 联系起来。

2021

BoxCarmax 提高同位素 peptide pair 选择性

针对常规 DIA 宽窗口对 isotope-labeled peptide pair 的干扰问题,优化高选择性 DIA 采集策略。

2021-2023

DeltaSILAC 连接 PTM 与 protein lifetime

把磷酸化位点对蛋白稳定性的影响从“修饰存在”推进到“修饰如何改变周转”。

2024

SPLAT 同时解析时间和空间

通过 dynamic SILAC 与 TMT 分馏信息,把蛋白更新速度与亚细胞定位联系起来。

2025

multiplex-DIA / KdeggeR 进入复杂表型

通过机器学习峰检测、通道级统计过滤和 KdeggeR,将 pSILAC-DIA 推进到多通道、多平台和复杂模型。

2025

Turnover-PPT 形成组织级图谱

在小鼠组织和脑区中同时观察 protein abundance、protein lifetime 和 phosphosite turnover。

Mol Syst Biol 2020

pSILAC-DIA / isoform-resolved degradation

用于理解 DIA 如何支撑高通量蛋白降解率测量。

原文与 DOI

Anal Chem 2021

BoxCarmax high-selectivity DIA

用于理解同位素 peptide pair 在复杂样本中的选择性问题。

PubMed 记录

Developmental Cell 2021

phosphorylation impact on protein turnover

用于理解 site-level PTM turnover 与 protein lifetime 的关系。

PubMed 记录

Nature Communications 2024

SPLAT: spatially resolved protein turnover

用于理解如何把 protein age 与 subcellular localization 放到同一套质谱读数中解释。

开放全文

Nature Communications 2025 / Cell 2025

multiplex-DIA 与 Turnover-PPT

用于理解多通道统计过滤、复杂表型和组织级图谱。

multiplex-DIA Turnover-PPT

Project checklist

pSILAC-DIA / multiplex-DIA 项目检查表

这份清单适合在项目启动前和 Spectronaut 报告导出后各检查一次。目标是保证后续 KdeggeR、半衰期拟合或自定义 downstream 分析不会建立在错误通道或不可回溯峰图上。

阶段 必须固定的内容 不合格信号 交付前判断
实验设计 标记方案、时间点、重复数、pooled bridge、预期 half-life 范围。 时间点太少,或所有时间点都落在预期曲线平坦区。 能否覆盖 fast / slow turnover 两类蛋白。
DIA 采集 窗口方案、RT 稳定性、质控样、是否需要高选择性采集。 同位素 peptide pair 干扰高,弱通道峰形不稳定。 是否需要 BoxCarmax 或更窄窗口策略。
Spectronaut 分析 FASTA、library、label definition、settings schema、report schema。 不同批次使用不同 schema 或通道命名。 是否能复现实验分组和轻重通道关系。
报告导出 run、sequence、charge、quantity、ratio、q-value、ChannelQ、GroupQ、RT、XIC linkage。 只导出 protein quantity,缺少 peptide / precursor 层证据。 异常 ratio 是否可以回到 XIC 追溯。
下游建模 过滤阈值、ratio recovery、拟合模型、残差、peptide 一致性。 低质量 peptide 被直接用于 half-life 或 k 值。 结论是否同时报告 abundance 与 turnover 的关系。

Sources

文献与数据入口

以下入口用于继续阅读原文、核对数据集和回看 Liu Lab 对相关工作的说明。