蛋白質作為細胞的末端執行者，決定細胞結構、代謝反應和細胞功能。由于蛋白質會受到轉錄后調控，mRNA的豐度并不能直接反映蛋白質的豐度。單細胞轉錄組和蛋白質組聯合運用，有助于揭示mRNA和蛋白質豐度之間的關系，能夠揭示單細胞層面的蛋白調控機制，通過蛋白質組學尋找差異蛋白，結合單細胞轉錄組數據，進一步鑒定蛋白來源及相互驗證。能夠更精確的解析細胞類型或狀態以及不同發育或疾病條件下細胞的動態變化。

蛋白質組學與單細胞轉錄組學結合的研究近兩年也逐漸出現，相比起來，蛋白質組和單細胞轉錄組結合，可以帶給我們更多的信息，能夠使我們預測調控蛋白的細胞來源，同時也能聯合篩選生物標志物，幫助我們明確候選標志物的范圍。

單細胞轉錄組與蛋白組聯合一般研究思路為：

（1）通過蛋白組學篩選得到候選蛋白標志物，在單細胞層面分析候選蛋白的來源細胞類群，這一步具體是通過對差異表達蛋白所對應的基因表達量鑒定來實現的。

（2）通過蛋白組學篩選候選標志物，同時結合單細胞轉錄組數據進一步縮小確定候選標志物。

研究主題：衰老的免疫細胞釋放粒鈣蛋白促進骨骼衰老

發表時間：2021年10月

發表期刊：Cell Metabolism（IF 31.3）

應用技術：RNA-seq、單細胞轉錄組測序、蛋白組

主要研究結果：

在這項研究中，作者報告了免疫細胞的促炎和衰老亞型，包括巨噬細胞和中性粒細胞，在大鼠和小鼠衰老過程中在骨髓中積累，并分泌大量的粒鈣蛋白  以誘導骨生成與脂肪生成的失衡骨髓基質細胞 。作者發現中性粒細胞和單核-巨噬細胞中粒鈣蛋白的基因缺失足以改善小鼠的骨骼老化。在機制上，作者發現粒鈣蛋白結合并抑制骨髓基質細胞中的叢蛋白b2受體信號，抑制成骨并促進脂肪生成。Prrx1+間充質干細胞中叢蛋白b2的缺失消除了粒鈣蛋白敲除小鼠改良的骨表型。此外，作者生成了一種粒鈣蛋白中和抗體，并顯示其對老年小鼠的治療改善了骨骼健康。

圖1.GCA+Plxnb2+FAK表達網絡調控骨骼衰老過程

單細胞轉錄組在單細胞級的分辨率下解析各個細胞類型的轉錄特征，代謝組處于基因調控網絡的下游，刻畫中心法則的終端信息。代謝組驗證各個基因通路的活性結果以及挖掘關鍵的代謝通路成分，為解析細胞代謝異質性提供多組學、多層次的見解。

單細胞轉錄組與代謝組的關聯重點在于“差異”，差異基因與差異代謝物的聯系可以更好輔助后續的數據挖掘。在腫瘤研究中，耐藥和非耐藥人群的細胞組成差異、基因表達差異和代謝差異可以更好形成關聯，明晰細胞表達什么基因產生什么代謝物完成耐藥反應。

（1）通過單細胞轉錄組測序找到特定細胞的關鍵代謝通路，通過代謝組學檢測對特定細胞亞群相關代謝物變化做驗證。

（2）通過代謝組學篩選候選標志物，在單細胞轉錄組中快速鎖定關注的代謝通路、相關基因及相應細胞類型，從而縮小研究范圍。

（3）探究不同細胞亞群對代謝譜的響應及代謝異質性，輔助細胞分群并在細胞層面闡明疾病機理。

研究主題：多組學分析顯示硒在控制克羅恩病T細胞分化中起著關鍵作用

發表時間：2021年8月

發表期刊：Immunity（IF=43.4）

研究方法：單細胞轉錄組、非靶代謝組

主要研究結果：

炎癥性腸病(IBD)主要包括克羅恩病(CD)和潰瘍性結腸炎(UC)。免疫紊亂在這兩種IBD的發病機制中起著至關重要的作用，但結腸免疫微環境的差異及其潛在機制仍未得到充分研究。研究者通過多組學分析研究了未經治療的IBD患者的免疫學特征和代謝微環境。Cd特異性代謝產物的調節，特別是還原的硒，可以明顯地形成1型輔助性T細胞(Th1)的分化，而Th1細胞特異性地富含Cd。補硒通過硒蛋白W(SELW)介導的細胞內活性氧清除抑制CD和Th1細胞分化的癥狀和開始。SELW通過招募控制絲氨酸羥甲基轉移酶2穩定性的E3泛素連接酶E3泛素連接酶來促進嘌呤挽救途徑并抑制碳代謝。該工作強調了硒是CD中T細胞反應的重要調節因子和潛在的治療靶點。

圖2.實驗設計