易算整理 | 空间蛋白组揭示致命性皮肤病的新疗法

你好，我是玲姐。

最近，一项关于中毒性表皮坏死松解症（TEN）的研究发表在《Nature》上，对关注质谱蛋白质组学的同仁们应该会带来启发。在该研究中，利用深度视觉蛋白质组学（Deep Visual Proteomics, DVP）技术，定量超过5000种蛋白，揭示了与TEN致病机制相关的信号通路，并成功识别出JAK抑制剂（JAKi）作为其潜在治疗靶点。

为何推荐这一篇？这一篇除了是Matthias Mann教授团队顶刊作品以外，对于空间蛋白组的设计在实验室中验证了JAK抑制剂的效果，团队还在七名实际患者身上取得了显著的治疗效果。意味着基于空间蛋白组学的研究成果占据了创新性，在实际临床中也有潜力，能够快速转化为有效的治疗方案。让我来和大家一起探讨一下其中的亮点。

中毒性表皮坏死松解症（TEN）， 是一种由常见药物（如抗生素、抗癫痫药物）引发的罕见但致命的皮肤反应。死亡率高达30%。尽管TEN的临床表现明确，其具体分子机制尚未完全阐明，目前缺乏有效的靶向治疗手段。传统的蛋白质组学方法在解析复杂组织样本时,对不同细胞类型及其相互作用理解和治疗靶点的精准识别有限制，因此这里需要引入新的技术。

这是一种结合高通量成像、人工智能（AI）辅助的细胞分割与分类、激光显微切割及高灵敏度质谱分析的方法。DVP技术能够在单细胞水平上，对不同细胞类型的蛋白质表达进行定量分析，并保留细胞在组织中的空间位置信息。

简单理解它可以分这几个步骤：分别是样本切片、多重免疫荧光染色与显色、激光显微切割不同类型的细胞、使用高效试剂盒提蛋白、质谱分析的的过程。

3.1. 样本收集与分组

研究团队共收集了21个人的皮肤活检样本，分为四组：

• 健康对照组（Healthy）：5例，提供基线蛋白质表达数据。
• 斑丘疹型药疹组（MPR）：5例，代表轻度药物反应。
• 药物超敏反应综合征组（DRESS）：5例，代表中度系统性反应。
• 严重药物反应性皮肤病组（TEN）：6例，代表严重药物反应。

3.2. 样本制备与细胞切割

所有样本均采用福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）方法保存，组织切片厚度控制在3微米（比我们常规切的薄了很多），通过多重免疫荧光染色，使用抗CD45抗体标记免疫细胞，抗泛角蛋白（pan-cytokeratin）抗体标记角质形成细胞。随后，利用AI辅助的细胞分割精准识别和分离不同类型的细胞。每个患者样本平均切割并收集约1,700个细胞（700个角质形成细胞和1,000个免疫细胞）。

注意这里可不是单细胞蛋白上质谱，是把每个患者的各类细胞各自做合并，然后质谱上机。

3.3. 蛋白质提取与质谱分析

切割后的细胞被转移至384孔板中，采用胰蛋白酶和Lys-C双酶消化，确保高质量的蛋白质组数据。蛋白质组数据通过Bruker timsTOF SCP质谱仪进行高灵敏度的鉴定与定量。

3.4. 数据分析

质谱数据识别并定量约5,000种蛋白质。采用非配对t检验和单因素方差分析（ANOVA），筛选出与疾病严重度相关的差异表达蛋白质（DEPs）。功能富集分析使用Reactome和基因集富集分析（GSEA），解析这些差异蛋白质所涉及的生物学通路，揭示TEN的潜在致病机制。

接下来就是对免疫细胞、角质形成细胞，在 各个组别下的分子表达、分布、cluster聚类、功能和通路做了常规的分析，比如差异比较，火山图，PCA、GSEA这些我们就略过，我们不堆工作量（具体细节可以跳转到阅读原文），我主要看关键突破口- JAK/STAT信号通路。

通过细胞类型分辨蛋白质组学技术，分别分析了角质形成细胞和免疫细胞中的蛋白质表达，发现了一些关键蛋白（右上角，紫色）在TEN患者的两种细胞类型中均显著上调，达到了健康对照组的四倍以上。这种共同上调提示这些蛋白质可能在TEN的病理进程中发挥重要作用。

图4a体现在TEN患者的角质形成细胞（CK）和免疫细胞（CD45）中哪些蛋白差异表达。每个点代表一种蛋白，颜色则表示细胞类型，图中的直方图展示了各细胞类型中蛋白质表达倍数变化的分布。

进一步研究表明，这几种紫色框标记的都上调蛋白质都属于干扰素信号通路，而干扰素信号主要通过JAK/STAT通路进行传递。这一发现促使研究者深入探讨了JAK/STAT通路在TEN中的具体表现。

在图4b中，干扰素信号通路中蛋白质的表达在TEN中显著增强。图中左半圆表示免疫细胞，右半圆表示角质形成细胞，颜色代表与健康组相比的表达变化，其中带有黑线的红色表示仅在TEN中检测到的蛋白。这些蛋白涉及干扰素信号转导（例如STAT1）或者是由干扰素触发的，这些信息进一步支持JAK/STAT通路在TEN中的核心作用。

STAT1和STAT3在角质形成细胞和免疫细胞中均显著上调，而STAT2仅在角质形成细胞中被激活，STAT5则主要在免疫细胞中上调。这种差异性的表达表明，不同细胞类型在TEN的炎症反应中各自承担了独特的功能，尤其是STAT1的上调，进一步支持其在TEN中的核心地位（见图4e-f）。

通过对固定石蜡包埋（FFPE）组织切片的抗体染色，研究者观察到STAT1在TEN患者的角质形成细胞和其他细胞类型中显著上调，并且定位于细胞核内。这种核内定位表明STAT1的转录活性被激活（见图4e）。此外，图4f中展示了STAT1的磷酸化水平，通过对组织切片进行磷酸化STAT1（pSTAT1）的染色，显示出TEN患者中皮肤浸润的免疫细胞和角质形成细胞中STAT1的磷酸化程度显著升高。

这些研究结果共同揭示了JAK/STAT通路的激活不仅是TEN的重要驱动机制，而且由于这一通路在角质形成细胞和免疫细胞中均具有显著活跃性，使得JAK/STAT通路成为了一个具有巨大潜力的治疗靶点。

5.1. 体外功能验证

研究团队构建了一个共培养模型，将激活的PBMC与角质形成细胞共培养，以模拟TEN的细胞毒性反应。在此模型中，添加JAK抑制剂显著降低了角质形成细胞的死亡率，验证了JAK/STAT通路在细胞毒性中的作用，为JAK抑制剂在TEN治疗提供了初步的实验依据。这表明，通过抑制JAK/STAT通路，可以有效减少免疫细胞对角质形成细胞的细胞毒性作用，减缓表皮剥离过程。光有体外功能验证还不够。

5.2. 体内动物模型验证（研究中使用了两种不同的小鼠模型）

• smac-mimetic诱导的TEN小鼠模型：通过注射smac-mimetic诱导TEN，口服托法替尼和巴瑞替尼后，小鼠的临床症状和组织学损伤显著减轻，皮肤再上皮化加快；• 人源化TEN小鼠模型：注射TEN患者的PBMC，构建更接近人类免疫环境的TEN模型。口服巴瑞替尼后，观察到眼部炎症和细胞死亡显著减少，进一步验证JAK抑制剂效果。

5.3. 临床治疗应用

基于体外和体内实验的积极结果，研究团队对七名TEN或SJS-TEN重叠症患者进行了JAK抑制剂的临床治疗。这些患者在接受高剂量糖皮质激素治疗无效后，应用JAK抑制剂（如阿布西替尼）后病情迅速好转，皮肤再上皮化明显，且未出现严重副作用。所有七名患者在治疗后均存活且无明显副作用，显示出JAK抑制剂在TEN治疗中的巨大潜力。

 临床验证阶段的成功应用，证明了JAK抑制剂在实际患者中的有效性和安全性。快速的临床响应显示了JAK/STAT通路作为治疗靶点的潜力，尤其是在急性且危及生命的TEN病例中，能够显著改善患者的预后。

本研究通过深度视觉蛋白质组学（DVP）技术，首次对中毒性表皮坏死松解症（TEN）患者的角质形成细胞和免疫细胞进行了空间蛋白质组学分析，揭示了JAK/STAT通路在TEN中的核心致病作用，并通过体外、体内实验和临床应用验证了JAK抑制剂的有效性。

因此，空间蛋白质组学不仅在TEN研究中展示了其强大的应用潜力，还为其他复杂疾病的分子机制解析和治疗靶点发现提供了新的思路。未来，空间蛋白质组学将在精准医疗、复杂疾病研究等领域发挥更加重要的作用。

玲姐在这里要敲黑板：

这一成功的案例展示了空间蛋白组学如何从基础研究直接连接到临床治疗，真正实现“从实验台到病床”的快速转化。如果你正考虑开展类似的空间蛋白组项目，希望找到新的靶点和药物，那么这篇研究提供了几个关键的启示：

1、精准识别关键治疗靶点：利用以DVP为代表的显微切割+质谱蛋白组技术，我们可以深入解析不同细胞类型的蛋白质表达，揭示疾病的关键致病机制，还能识别那些在多个细胞类型中共同上调的潜在治疗靶点。像JAK/STAT通路的发现，正是基于这一细胞类型分辨的深度解析，使其从众多信号通路中脱颖而出。

2、建立体外与体内模型验证靶点的有效性：在本研究中，团队通过自体共培养模型和多种小鼠模型进行了系统的功能验证，验证了JAK/STAT通路在TEN中的病理作用以及JAK抑制剂的疗效。这些前期验证是推动后续临床应用的关键一步。如果你希望开展类似的研究，体外模型和动物模型的建立有助于快速验证靶点是否具有潜在治疗意义。

3、快速实现临床转化：本研究的一个显著优势在于，在获得明确的分子靶点后，团队迅速推进了JAK抑制剂的临床应用，对七名TEN患者的成功治疗表明JAK/STAT通路靶向药物的潜力。这表明，空间蛋白质组学不仅能找到靶点，还能通过与现有药物的匹配，快速推动治疗手段的临床验证，缩短从发现到应用的时间。

如果你希望在自己的项目中发现新的药物靶点并实现临床应用，空间蛋白质组技术无疑是一个强大的工具。它不仅能帮助识别可成药的靶点，还能精准选择最适合的治疗策略，从而加速新药开发和现有药物的再利用，实现快速的临床转化。