蛋白质作为细胞的末端执行者，决定细胞结构、代谢反应和细胞功能。由于蛋白质会受到转录后调控，mRNA的丰度并不能直接反映蛋白质的丰度。单细胞转录组和蛋白质组联合运用，有助于揭示mRNA和蛋白质丰度之间的关系，能够揭示单细胞层面的蛋白调控机制，通过蛋白质组学寻找差异蛋白，结合单细胞转录组数据，进一步鉴定蛋白来源及相互验证。能够更精确的解析细胞类型或状态以及不同发育或疾病条件下细胞的动态变化。

蛋白质组学与单细胞转录组学结合的研究近两年也逐渐出现，相比起来，蛋白质组和单细胞转录组结合，可以带给我们更多的信息，能够使我们预测调控蛋白的细胞来源，同时也能联合筛选生物标志物，帮助我们明确候选标志物的范围。

单细胞转录组与蛋白组联合一般研究思路为：

（1）通过蛋白组学筛选得到候选蛋白标志物，在单细胞层面分析候选蛋白的来源细胞类群，这一步具体是通过对差异表达蛋白所对应的基因表达量鉴定来实现的。

（2）通过蛋白组学筛选候选标志物，同时结合单细胞转录组数据进一步缩小确定候选标志物。

研究主题：衰老的免疫细胞释放粒钙蛋白促进骨骼衰老

发表时间：2021年10月

发表期刊：Cell Metabolism（IF 31.3）

应用技术：RNA-seq、单细胞转录组测序、蛋白组

主要研究结果：

在这项研究中，作者报告了免疫细胞的促炎和衰老亚型，包括巨噬细胞和中性粒细胞，在大鼠和小鼠衰老过程中在骨髓中积累，并分泌大量的粒钙蛋白  以诱导骨生成与脂肪生成的失衡骨髓基质细胞 。作者发现中性粒细胞和单核-巨噬细胞中粒钙蛋白的基因缺失足以改善小鼠的骨骼老化。在机制上，作者发现粒钙蛋白结合并抑制骨髓基质细胞中的丛蛋白b2受体信号，抑制成骨并促进脂肪生成。Prrx1+间充质干细胞中丛蛋白b2的缺失消除了粒钙蛋白敲除小鼠改良的骨表型。此外，作者生成了一种粒钙蛋白中和抗体，并显示其对老年小鼠的治疗改善了骨骼健康。

图1.GCA+Plxnb2+FAK表达网络调控骨骼衰老过程

单细胞转录组在单细胞级的分辨率下解析各个细胞类型的转录特征，代谢组处于基因调控网络的下游，刻画中心法则的终端信息。代谢组验证各个基因通路的活性结果以及挖掘关键的代谢通路成分，为解析细胞代谢异质性提供多组学、多层次的见解。

单细胞转录组与代谢组的关联重点在于“差异”，差异基因与差异代谢物的联系可以更好辅助后续的数据挖掘。在肿瘤研究中，耐药和非耐药人群的细胞组成差异、基因表达差异和代谢差异可以更好形成关联，明晰细胞表达什么基因产生什么代谢物完成耐药反应。

（1）通过单细胞转录组测序找到特定细胞的关键代谢通路，通过代谢组学检测对特定细胞亚群相关代谢物变化做验证。

（2）通过代谢组学筛选候选标志物，在单细胞转录组中快速锁定关注的代谢通路、相关基因及相应细胞类型，从而缩小研究范围。

（3）探究不同细胞亚群对代谢谱的响应及代谢异质性，辅助细胞分群并在细胞层面阐明疾病机理。

研究主题：多组学分析显示硒在控制克罗恩病T细胞分化中起着关键作用

发表时间：2021年8月

发表期刊：Immunity（IF=43.4）

研究方法：单细胞转录组、非靶代谢组

主要研究结果：

炎症性肠病(IBD)主要包括克罗恩病(CD)和溃疡性结肠炎(UC)。免疫紊乱在这两种IBD的发病机制中起着至关重要的作用，但结肠免疫微环境的差异及其潜在机制仍未得到充分研究。研究者通过多组学分析研究了未经治疗的IBD患者的免疫学特征和代谢微环境。Cd特异性代谢产物的调节，特别是还原的硒，可以明显地形成1型辅助性T细胞(Th1)的分化，而Th1细胞特异性地富含Cd。补硒通过硒蛋白W(SELW)介导的细胞内活性氧清除抑制CD和Th1细胞分化的症状和开始。SELW通过招募控制丝氨酸羟甲基转移酶2稳定性的E3泛素连接酶E3泛素连接酶来促进嘌呤挽救途径并抑制碳代谢。该工作强调了硒是CD中T细胞反应的重要调节因子和潜在的治疗靶点。

图2.实验设计