器官的發(fā)育和成熟是一個復(fù)雜的過程，涉及數(shù)千個分子的動態(tài)交替和精確協(xié)調(diào)，特別是在青春期，通常被認(rèn)為是生命的黃金適應(yīng)期。因此，了解這一時期各器官的發(fā)育調(diào)節(jié)機制對于破解衰老、健康和疾病等基本生物學(xué)問題尤為重要。為了確定器官發(fā)育和成熟的模式，目前在DNA、RNA和蛋白質(zhì)水平上對整個基因組圖譜進(jìn)行了大量的研究工作，但是早期生命多器官比較的分子圖譜仍然很少。

2024年7月，上海交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的丁顯廷教授及其團隊在Nature Communications上發(fā)表了題為“The mouse multi-organ proteome from infancy to adulthood”的研究文章。本研究通過DIA蛋白質(zhì)組學(xué)分析了10個小鼠器官（腦、心、肺、肝、腎、脾、胃、腸、肌肉和皮膚）在三個關(guān)鍵發(fā)育階段（出生后1周、4周和8周）的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)剪接體蛋白在多個器官的早期發(fā)育中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，并且檢測了器官特異性表達(dá)模式和性別二態(tài)性。這個 多器官蛋白質(zhì)組圖譜為理解生命早期器官發(fā)育和成熟的分子機制提供了基礎(chǔ)資源。

英文題目：The mouse multi-organ proteome from infancy to adulthood

中文題目：從嬰兒期到成年期的小鼠多器官蛋白質(zhì)組

發(fā)表期刊：Nature Communications

影響因子：14.7

發(fā)表時間：2024年7月

組學(xué)技術(shù)：DIA蛋白質(zhì)組學(xué)

樣本類型：小鼠器官組織

研究思路

圖1研究思路（圖源：Wang Q et al., Nat Commun, 2024）

研究結(jié)果

從嬰兒期到成年期10個小鼠器官的蛋白質(zhì)組圖譜

為了研究小鼠從嬰兒期到成年期各器官中蛋白質(zhì)的動態(tài)變化，對出生后第1、4和8周雄性和雌性小鼠的10個器官進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)分析，共檢測到11556個蛋白組（PGs），其中有9個器官（除腸道外）中檢測到的PGs數(shù)量隨著發(fā)育而減少。進(jìn)一步質(zhì)控檢測表明數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可用性高。為了檢測個體發(fā)育年齡與器官之間的相關(guān)性，本研究對所有樣本進(jìn)行了Pearson相關(guān)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同器官之間的年齡相關(guān)性不一致，表明器官之間的發(fā)育速度存在異質(zhì)性。接下來分別分析了器官共表達(dá)的PGs、多器官發(fā)育同步、器官獨特的PGs、年齡獨特的PGs和性別二態(tài)性PGs（圖2）。

圖2小鼠器官的DIA蛋白質(zhì)組學(xué)分析（圖源：Wang Q et al., Nat Commun, 2024）

10個器官中與年齡相關(guān)的差異蛋白

為了獲得不同器官中與年齡相關(guān)的差異蛋白組，研究者按年齡分別對每個器官的蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)肺中差異表達(dá)蛋白組最多（DEPs）最多，其次是皮膚、腎臟、脾臟和腦。KEGG富集分析顯示，與年齡相關(guān)的DEPs主要參與剪接體、氧化磷酸化和胰島素等信號通路。為了獲得與整體生物體發(fā)育相關(guān)的DEPs，進(jìn)一步檢測了10個器官中共表達(dá)的DEPs，顯示一共有115個DEPs，其中 68個在10個器官發(fā)育期間上調(diào)，47個DEPs在器官發(fā)育期間下調(diào)。富集分析表明，這115個DEPs主要參與RNA代謝和RNA剪接的生物加工（圖3）。

圖3小鼠10個器官的年齡相關(guān)差異蛋白質(zhì)（圖源：Wang Q et al., Nat Commun, 2024）

Pearson相關(guān)系數(shù)高的器官間年齡相關(guān)DEPs

在Pearson相關(guān)分析中發(fā)現(xiàn)，在肺、脾、胃和皮膚等幾種不同的組織類型中都有共同的蛋白質(zhì)富集，共檢測到6403個四器官共表達(dá)PGs。為了深入了解四個器官發(fā)育過程中的蛋白質(zhì)動態(tài)變化，采用方差分析方法檢測了與年齡相關(guān)的DEPs。對3653個DEPs進(jìn)行聚類分析得到兩個模塊，分別命名為模塊1和模塊2。模塊1包含1452個PGs，主要參與mTOR信號通路、脂肪酸代謝和HIF-1通路等。隨著器官的發(fā)育，該模塊中蛋白質(zhì)的表達(dá)顯著增加。此外，模塊2中含有2201個PGs，主要參與剪接體、DNA復(fù)制和細(xì)胞周期途徑。在器官發(fā)育過程中，模塊2蛋白表達(dá)顯著降低。肺、脾、胃、皮膚四臟器調(diào)控通路相關(guān)蛋白的相似表達(dá)趨勢證明了器官發(fā)育的同步性（圖4）。

圖4年齡相關(guān)DEPs在肺、脾、胃和皮膚中的表達(dá)（圖源：Wang Q et al., Nat Commun, 2024）

器官特有的與年齡相關(guān)的DEPs

在器官特有的DEPs中，腦中與衰老相關(guān)DEPs數(shù)量最多，為675個，其次是肺、脾、皮膚、腎、肝和胃。心臟和肌肉獨有的DEPs數(shù)量低于100個，并且器官特有的年齡相關(guān)DEPs的前5條通路主要參與器官特異性功能。對腦獨特蛋白的分析顯示，存在兩個與年齡相關(guān)的DEPs模塊。模塊1隨著器官發(fā)育蛋白質(zhì)表達(dá)上調(diào)，而模塊2顯示相反的模式。功能富集分析表明，模塊1中的通路與神經(jīng)元系統(tǒng)、行為和谷氨酸能突觸相關(guān)，模塊2蛋白參與神經(jīng)元投射發(fā)育、腦發(fā)育和細(xì)胞對鈣離子的反應(yīng)（圖5）。

圖5器官特有的與年齡相關(guān)的DEPs（圖源：Wang Q et al., Nat Commun, 2024）

器官發(fā)育中的性別二態(tài)性

器官發(fā)育蛋白中的兩性二態(tài)現(xiàn)象仍然錯綜復(fù)雜。為了進(jìn)一步了解器官發(fā)育和成熟過程中性別的影響，本研究使用t檢驗分析了1周齡小鼠、4周齡小鼠和8周齡成年小鼠雌雄之間與性別相關(guān)的DEPs變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在第1周時，肌肉和肝臟中差異表達(dá)的PGs（435個）數(shù)量最多；在第4周時，肝臟和腸道的差異表達(dá)的PGs（219個）數(shù)量最多；8周時，DEPs（304個）在皮膚和肝臟共表達(dá)的數(shù)量最多。富集結(jié)果顯示，與雌性相比，雄性中表達(dá)下調(diào)的蛋白主要參與視黃醇代謝、核胞質(zhì)轉(zhuǎn)運、內(nèi)吞作用、代謝途徑，表達(dá)上調(diào)的蛋白主要涉及RNA降解、mRNA監(jiān)視途徑和剪接體途徑。蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用分析肝臟性別相關(guān)DEPs，發(fā)現(xiàn)共有23個剪接體蛋白，其中5種剪接體蛋白在雌性肝臟中高表達(dá)，18種剪接體蛋白在雄性肝臟中高表達(dá)（圖6）。

圖6器官發(fā)育中性別二態(tài)性蛋白的表達(dá)（圖源：Wang Q et al., Nat Commun, 2024）

拜譜小結(jié)

生命早期發(fā)育是一個多器官相互作用的過程，涉及數(shù)千個分子的調(diào)節(jié)。在生命早期發(fā)生的微小差異可能會引起后期表型的巨大變化。本研究描述了小鼠從嬰兒期到成年期10個器官發(fā)育的蛋白質(zhì)組改變，覆蓋了11533個PGs，揭示了生物體在生長發(fā)育過程中涉及的各種相同和不同的生物過程，填補了早期生命多器官發(fā)育和成熟的研究空白。拜譜生物作為一家國內(nèi)領(lǐng)先的多組學(xué)服務(wù)公司，率先引進(jìn)賽默飛最新一代質(zhì)譜儀Astral，并且專家團隊總結(jié)多年DIA蛋白組項目經(jīng)驗，結(jié)合Astral質(zhì)譜儀高穩(wěn)定性、高靈敏度、高通量、高深度的特性對樣品制備、分離技術(shù)、算法軟件、實驗設(shè)計全流程進(jìn)行多維迭代更新，助力公司的DIA蛋白組產(chǎn)品全線升級，推出了 DIA-Ultra深度蛋白質(zhì)組學(xué)檢測產(chǎn)品，達(dá)到萬級蛋白深度檢測（最高可超越12k），歡迎大家咨詢！

參考文獻(xiàn)：Wang Q, Ding X, Xu Z, et al. The mouse multi-organ proteome from infancy to adulthood. Nat Commun. 2024 Jul ;15(1):5752. doi: 10.1038/s41467-024-50183-6