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腾讯登录Seer前瞻性文献解读三 | Nature震撼发布，Seer蛋白质组学构建空间多组学医疗图谱
| 导读 | 2024年6月11日，由威尔康奈尔医学院的Christopher Mason博士领导的太空探索计划的成果在Nature发表 |
人类对自身的探索和对外太空的向往一样痴迷，在这两大充满挑战和未知的领域，技术的进步再一次将两者紧密结合。让我们跟随Seer蛋白质组学的脚步，推开一扇大门，以前所未有的视角去：
- 探索太空飞行对体液蛋白质组的影响
- 揭秘宇航员太空飞行的生理变化
- 推动新型生物标志物的发现和药物开发
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NEWS新闻速递
2024年6月11日，由威尔康奈尔医学院的Christopher Mason博士领导的太空探索计划的成果在Nature发表，展示最新的太空多组学医学图谱与国际宇航员生物样本库; 展示了Seer蛋白质组学如何揭示太空飞行期间血浆蛋白质组变化的新发现。
威尔康奈尔医学院的研究团队在Christopher Mason博士的带领下，抓住了分析SpaceX 2021年灵感四号（I4）任务全平民队伍的难得机会。开展了极具意义的探索，其中，Seer蛋白质组学以无与伦比的稳定性、鉴定能力、高通量、灵敏度和可扩展性等综合优势为科学家提供了高精度蛋白质组学的支持。团队不仅成功获得了新的太空飞行数据，同时比较并扩展了在太空多组学医疗图谱（SOMA）先前任务中的发现。Seer公司的Proteograph™系统在此项目中提供了对宇航员蛋白质组变化的新颖、无偏见的见解，加深了对宇航员和人体生物学的生理反应的理解，帮助推进了新型生物标志物的发现和各研究领域精准药物的开发。
【背景】
自2019年以来，随着发射次数的增加，太空变得越来越可及，这推动了空间站、月球基地、火星殖民地等计划的制定。尽管航空航天技术不断进步，但由于人体生理与太空环境不匹配，宇航员在这些环境中面临重大的生物医学挑战，如骨密度和肌肉质量丧失、航天相关神经眼综合征（SANS）、免疫功能紊乱以及航天贫血，增加了心血管病变的风险。为了应对这些挑战，我们需要更好地了解潜在机制，这要求对宇航员进行全面的多组学分析。
康奈尔医学院的Chris Mason教授团队利用SpaceX的商业航天，使用灵感四号（I4）任务的生物样本进行了详细研究，分析了航天压力对机组人员生理和健康的影响。这项研究被称为“太空多组学医疗图谱”（SOMA），是关于太空飞行对人体影响的最大分子图谱，包含近3000个样本和超过750亿个测序核酸。Seer蛋白组学通过高深度、高灵敏度、高通量、高稳定性的综合表现，扎实的完成了该图谱中血浆蛋白质组学任务。SOMA项目的数据和其他太空飞行数据集都存储在康奈尔航空医学生物库（CAMbank）中，供未来分析使用。这些资源旨在为宇航员制定个性化的医疗指导，并促进研究太空飞行与地球条件的生理影响的相似性。论文还提供了SOMA资源的详细指南，包括太空飞行数据、细胞反应以及与之前任务的比较。将这些太空数据存档在NASA开放科学数据存储库（OSDR）中，对于开发精准太空健康系统和地球条件下的潜在疗法具有重要意义。
主要成果
这项研究总结了 I4 机组人员（年龄分别为 29、38、42、51 岁）在太空飞行任务期间的全面生理特征。收集并处理了 13 种不同类型的生物样本，包括全血、血清、PBMC、血浆、EVP、干血斑、口腔/鼻拭子、皮肤活检/拭子、胶囊拭子、尿液和粪便。这些样本经过了广泛的多组学分析，例如全基因组测序、克隆造血面板、dRNA-seq、snRNA-seq、snATAC-seq、BCR/TCR V(D)J 测序、血浆蛋白质组学和代谢组学等。
共收集到2,911个灵感四号机组生物样本，其中 1,194 个样本经过处理以供进一步分析。结果与 NASA OSDR 数据库进行了比较，该数据库包含 76 项人类组学研究的数据，其中 11 项来自暴露于太空飞行的人类原代细胞。数据分为三个分析时间范围：飞行概况、恢复概况和纵向概况。主要输出包括 DEG、差异甲基化基因、DAR、TCR/BCR 同种型、差异丰富蛋白质和代谢物以及微生物差异。所有原始数据和处理后的数据均在 OSDR 数据库中进行了注释。
在血浆蛋白质组中，Seer 公司 Proteograph™系统帮助识别了总计23,164个肽段，这些肽段对应2,992个独特的蛋白质组（蛋白质和肽段的FDR为1%），平均每个样本检测到2,104个蛋白质。
I4 复现 NASA 双胞胎研究
在I4任务期间，再现了NASA 双胞胎研究，揭示了太空飞行和地面条件下细胞因子水平和端粒延长的潜在差异。研究发现，细胞因子水平发生了显著变化，其中脑源性神经营养因子（BDNF）显著下降，而白细胞介素19（IL19）在飞行后显著增加，随后在恢复期间恢复到基线。
太空飞行对细胞因子调节有重大影响，需进一步探索其潜在机制和对宇航员健康的影响。该研究进行无细胞RNA（cfRNA）分析，以量化差异表达基因及其模式，为了解太空飞行引起的cfRNA组成和细胞裂解的时间变化提供了宝贵见解。这些发现对于理解太空旅行的生理影响具有重要意义，而cfRNA分析显示了作为研究太空飞行反应中的分子变化的动态工具的潜力。
恢复期间基因调控的变化
团队使用单核RNA测序数据分析了太空飞行后外周血单核细胞（PBMC）的基因变化。研究发现，返回地球后的第一个恢复时间点（RP1）基因变化最多，显示地球上的恢复引入了新的基因表达变化。RP1的基因表达变化独特，但在第二个恢复时间点（RP2）后基本消失。大多数基因在恢复过程中恢复到基线，除了CD14+单核细胞群中的两个基因。
通路分析显示，不同细胞类型在恢复过程中有相似的反应，但每种细胞也有其独特的基因变化。研究发现，太空飞行后的恢复涉及不同细胞类型的基因表达和通路变化，这些变化在不同细胞类型之间共享。
研究还分析了染色质的可及性，发现基因表达增加与转录起始位点的可及性增加相关，基因下调与染色质封闭相关。在恢复过程中，染色质可及性变化与基因表达趋势一致。每种细胞类型在不同时间点的转录因子结合位点（TFBS）也表现出特定的可及性模式，进一步证明了恢复过程中染色质和转录因子可及性的动态变化是细胞类型特异性的。
个体内太空飞行反应
研究人员计算了变异系数 (CV) 以评估个体间变异和零分布，包括 EVP 蛋白质组学、血浆蛋白质组学、代谢组学、RNA 测序、直接 RNA 测序和细胞因子丰度标准化蛋白质和基因计数等参数。研究人员利用多个任务（I4、Twins、JAXA）、检测（scRNA 测序、cfRNA、批量 RNA 测序、蛋白质组学）和细胞类型（CD4、8、14、16）的数据来确定与太空飞行相关的最常见途径。发现最丰富的途径是抗原结合、血红蛋白、细胞因子信号传导和免疫激活，这证实了 I4 任务的先前发现，并通过 NASA Twins 研究数据和 JAXA 研究中的无细胞 RNA 谱进一步验证。结果表明，利用大量和分类的细胞群可以帮助阐明与太空飞行有关的机组人员血液动力学信号。
研究人员针对各种数据类型进行了变异系数 (CV) 计算，以确定在各个机组人员 (C001、C002、C003、C004) 之间表现出最大差异的分析物。图d为Seer蛋白质组学的CV值。
访问数据集和机组人员样本
数据集可通过在线门户网站和科学数据存储库获取，也可以通过受控方式访问更敏感的数据和实物样本。门户网站包括三个数据浏览器：SOMA 浏览器、I4 单细胞浏览器和微生物组浏览器。SOMA 浏览器可以按时间点可视化每个宇航员的基因表达、质谱和微生物数据，并提供倍数变化值、统计意义和汇总表。还可以与其他太空飞行研究和对照队列进行比较。单细胞浏览器提供单细胞基因表达和染色质可及性数据的可视化，包括质量指标、细胞类型注释、基因共表达和染色质可及性估计值。微生物组浏览器包含来自皮肤、胶囊和粪便样本的宏基因组学和宏转录组学数据。这项研究的剩余生物样本，包括血液、尿液、唾液和粪便样本，已被保存并编目，供科学界继续使用。这些首次为宇航员提供的数据和样本资源可以帮助扩大队列，提高统计能力和新的生物医学技术。
【总结】
随着越来越多的人进入太空，宇航员在太空飞行中会经历许多分子、细胞和生理变化，这对人体来说是一个巨大的生物医学挑战。因此，需要开发空间医学数据库、工具和协议来解决当前航空航天医学框架的不足。这次生成的太空组学医疗图谱作为一个综合数据和样本存储库，汇集了各种太空任务的临床、细胞和多组学研究数据，并包括康奈尔航空航天医学生物库的匹配样本。图谱涵盖了广泛的分子和生理数据，包括基因组学、表观基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学和微生物组数据，用于探索跨任务的一致特征和任务特定的分子反应。
通过收集商业和非商业宇航员的临床和多组学数据，创建了第一个航天医学数据库。研究发现，短期高海拔（590公里）太空飞行会导致一系列分子变化，包括细胞因子升高、端粒延长、免疫系统激活、DNA损伤反应和氧化应激的基因表达变化。虽然大多数变化在任务结束后恢复正常，但一些蛋白质、基因和细胞因子在恢复期间仍然活跃。研究系统地分析了飞行后分子和细胞的变化，帮助发现新的治疗目标。数据还显示了不同细胞类型的独特调控模式，并在不同细胞类型之间有独特的组合。展示了在飞行后1-2个月内进行更频繁的采样的重要性，特别是对于较长时间的任务。这项研究首次为宇航员提供了联合单核染色质谱（RNA和ATAC）数据，显示了不同细胞类型在压力和适应程度上的差异，特别是单核细胞群（CD14、CD16）的变化最大。
未来发展方向
Seer蛋白质组学产生的数据，为我们开启了一扇崭新的大门，助力太空多组学医学图谱的完整制作。这些数据的增加不仅为生命科学和航空航天社区提供了宝贵的资源，还将指导未来的太空飞行研究，推动精准太空健康系统的发展，帮助健康监测、降低风险，并为即将到来的月球、火星探索制定前瞻性对策。
【客户说】
“通过与Seer的合作，我们能够精确定位以前无法在血浆中检测到的蛋白质变化，涵盖数千种新的蛋白质指标，这可能为治疗和生物标志物的发现提供新途径。未来，我们可以利用这些数据监测随时间变化的生理变化，希望能够制定对策。”
- Christopher Mason博士，威尔康奈尔医学院生理学和生物物理学教授
【Seer说】
“探索太空飞行对人体的影响是蛋白质组学研究的一个引人入胜的前沿领域。这些论文突出了Seer的技术，提供了对蛋白质组的无偏见见解，并揭示了功能失调的生物变化。在Seer，我们赋能研究人员快速、轻松地检测蛋白质和肽段，推动蛋白质组学和基因组学研究的边界。”
- Omid Farokhzad, Seer公司创始人, 首席执行官
延伸阅读
How a few days in space can disrupt a person’s biology
https://www.nature.com/articles/d41586-024-01705-1
Secretome profiling reveals acute changes in oxidative stress, brain homeostasis, and coagulation following short-duration spaceflight
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07639-y
The Space Omics and Medical Atlas (SOMA) and international astronaut biobank
https://www.nature.com/articles/s41467-024-48841-w
关于SEER
Seer是一家位于美国加利福尼亚州旧金山的生命科学公司，其开发的变革性产品为蛋白质组学打开了新的大门。Seer的 Proteograph™系统平台包括了专利工程纳米粒子、消耗品、自动化仪器和软件，可在数小时内进行深度、无偏差的蛋白质组分析。该平台的工作流高效且易于使用，Seer利用广泛采用的实验室仪器，提供去中心化的解决方案，可以纳入几乎任何实验室。Seer的Proteograph™系统平台目前仅供研究使用，不适用于临床诊断。欲了解更多信息，请访问www.seer.bio。Seer在大中华区唯一的战略合作伙伴为应脉医疗。
关于应脉医疗
应脉医疗是一家国际化的、具备前沿创新实力的中国医疗器械平台化公司。公司在上海、北京和波士顿均设有研发中心。同道者聚，师友相学，应脉医疗吸纳海外归国人才和国内行业内优秀人才，以国内自研和海外技术引进为驱动，打造以结构性⼼脏病、泛血管介入、神经刺激与脑机接口平台、生命科学与诊断等几大创新技术领域为主线的集研发、生产和销售一体的现代产业化平台型公司。公司将始终秉持仁爱之心，立足中国，放眼世界，致力于用科技的力量改善人类健康。
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