西湖大学医学院郭天南联合Kiryl D. Piatkevich团队推动FAXP技术发展，助力亚细胞空间蛋白质研究

医学院新闻动态

2025年10月9日，西湖大学医学院郭天南团队联合西湖大学Kiryl D. Piatkevich团队在Nature Protocols期刊发表了Protocol文章 “Filter-aided expansion proteomics for the spatial analysis of single cells and organelles in FFPE tissue samples”。这一研究为科学家在复杂组织中开展单细胞和亚细胞层面的蛋白质组学研究提供了新的工具。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41596-025-01256-3

项目主页：

https://www.guomics.com/protocols/paoding/

图1 文章截图

01 背景：难以“看清”的亚细胞世界

蛋白质是生命活动的关键分子，决定了细胞的功能与命运。随着单细胞组学和空间组学的发展，我们已经能在组织切片里精细地“看”基因与RNA 的分布。但在蛋白质层面，研究一直存在难题，尤其是亚细胞层级（比如细胞核、线粒体等细胞器），它们就像细胞内部的“工厂”和“能源站”，却因为结构太精细、蛋白质太复杂，一直难以系统研究。

传统的研究手段大多依赖抗体标记或成像技术，虽然能观察到一些分子，但覆盖面有限，难以同时兼顾高分辨率、灵敏度和大规模检测。因此，亚细胞蛋白质组学长期被视为科研的“无人区”。

02 技术突破：FAXP 如何做到？

郭天南团队提出的Filter-aided expansion proteomics（FAXP）技术，其核心在于将组织膨胀与高深度质谱分析结合起来。通过水凝胶将组织在物理上均匀放大，细胞与蛋白质之间的空间被“拉开”，亚细胞结构因此更加清晰可辨。随后借助高灵敏度质谱，对这些被放大的组织区域进行深入检测，从而在保持空间信息的同时，实现数千种蛋白质的系统鉴定与定量。这种方法相当于既“拉开了空间”，又“放大了信号”，首次让科学家能够在亚细胞水平开展真正意义上的发现型空间蛋白质组学研究。

图2 FAXP的工作流程

在实验中，研究团队仅从一个小鼠肝细胞核中就能鉴定出超过 2300 种蛋白质，从单个细胞中更是能检测到 3000 多种。这一检测深度和分辨率，在空间蛋白质组学领域尚属首次。

03 应用前景：科研无人区变为新蓝海

FAXP技术的价值不只在于“看得清”，更在于它的广泛适用性和临床可行性。研究团队已在多种临床样本（包括胆管癌、结直肠癌等）中应用该技术，验证了其在真实组织环境下的可靠性，并凸显其作为空间蛋白质组学平台与其他空间组学方法协同整合的潜力。

未来，FAXP技术有望在多个领域产生深远影响。它能够帮助科学家更精确地解析肿瘤微环境，为新的诊断和治疗靶点提供线索；在发育生物学中，FAXP让研究者能够追踪胚胎和组织发育过程中蛋白质在细胞器水平的动态变化；在神经退行性疾病研究中，则可用于揭示帕金森病、阿尔茨海默病等疾病中线粒体等关键结构的异常；同时，对于细胞外基质丰富的复杂组织，FAXP也能绘制出更清晰、全面的蛋白质图谱。

值得一提的是，FAXP技术源自团队此前在Nature Communications上发表的方法学研究。本次发表在Nature Protocols的文章在此基础上进行了系统化与标准化，形成了可复现、可推广的完整实验流程，更好地服务于广泛的科研应用。目前，FAXP已被 Nature Technology Feature报道，并入选Trends in Biochemical Sciences的月度技术（Technology of the Month）。

图3 Nature Technology Feature报道

图4 FAXP被Trends in Biochemical Sciences评为月度技术

西湖实验室助理研究员董振和科研助理吴春龙为本文章共同第一作者。西湖大学医学院郭天南长聘副教授为主要通讯作者，西湖实验室研究员朱怡和西湖大学生命科学学院长聘副教授Kiry D. Piatkevich为共同通讯作者。

项目受到了国家自然科学基金、医学蛋白质组全国重点实验室、国家重点研发计划、浙江省“尖兵”和“领雁”研发攻关计划、西湖大学未来产业研究中心和西湖教育基金会的资助和支持。

西湖大学医学院郭天南课题组 (guomics.com) 长期从事蛋白质组学相关研究，联合人工智能，解析生物过程的原理，助力疾病诊疗。团队诚邀有志于AIVC研究的优秀本科生、研究生及博士后研究人员加盟！