学术前沿
Olink——蛋白质功能的"解码器",驱动跨组学、跨尺度的机制解码引擎
Olink基于专利PEA技术,具备高通量、高灵敏度和高特异性,检测范围广(fg-mg级),样本需求量小等特性,主要应用于蛋白标志物的发现、药物研发、转化医学等领域。Olink现已覆盖100%主要信号通路,实现生物学意义上的超灵敏无偏靶向蛋白组学(兼容各种样本类型,对传统方法无法胜任的血浆血清等体液样本尤其适用)。
Olink技术作为一种高通量蛋白质组学平台,已被用于多组学(multi-omics)研究,帮助揭示疾病的分子机制、预测治疗反应和发现生物标志物。Olink扮演着蛋白质功能的“解码器”角色,不仅描绘出蛋白质组的动态变化,更将这些信息转化为驱动跨组学、跨尺度的核心引擎。通过将基因组变异的“可能性”、转录组表达的“活跃度”与蛋白质组执行的“功能性”进行桥接,实现静态的基因信息与动态的生物学表型紧密关联。本篇文章搜集了olink技术结合微生物组、代谢组、转录组、单细胞转录组、空间转录组等组学分析技术,从宏观、细胞、空间等多尺度,展示olink技术在多组学整合分析领域中的重要价值。
Olink + 微生物组/代谢组/转录组联合解析疾病机制【宏观尺度】
案例一
中文标题:运动改变的肠道真菌组作为糖尿病预防中代谢益处的潜在贡献者:一项综合的多组学研究
发表期刊:Gut Microbes
发表时间:2024年10月
影响因子:11
肠道微生物(包括细菌和真菌)的作用日益受到关注,既往研究聚焦细菌,虽然真菌仅占肠道微生物的0.1%,其在运动干预中的角色尚不明确。以运动如何重塑肠道真菌组为出发点,探究真菌群落改善糖尿病前期患者代谢健康中的作用。在训练前后收集临床变化和生物样本(粪便/血清),ITS2测序和宏基因组测序分别分析粪便中真菌和细菌组成,非靶向代谢检测血清中小分子物质,Olink蛋白组作为宿主蛋白动态监测工具,与微生物组(真菌和细菌组成/功能)、代谢物组(小分子代谢物)形成三重互补。
纵向关联分析:运动训练后肠道真菌组成的改变与宿主血清蛋白质组的变化密切相关,Verticillium和 Iodophanus的丰度增加与多种代谢相关蛋白质(如PM20D1、CTSD、GLRX)的表达下降相关。
机制闭环验证:IL-17RB/IL2RB(促肥胖因子)的下降与Sarocladium增长显著负相关,参与炎症调控;RAB37(葡萄糖刺激胰岛素分泌关键蛋白)免受降解与Conocybe等真菌正关联,促进胰岛素分泌保护形成;GP2(肠炎标志物)减少与Monocillium增加密切相关,改善肠道屏障。
临床应用价值:构建Olink数据与真菌组、临床指标整合,构建随机森林机器学习模型(AUC,0.91),显著提升运动响应预测精度。
案例二
中文标题:免疫代谢受损的 HIV 感染中的宿主血浆微环境导致单核细胞功能失调和突触传递
发表期刊:Advanced science
发表时间:2025年2月
影响因子:14.1
随着抗逆转录病毒治疗(ART)的普及,HIV感染者(PWH)的寿命显著延长,病毒载量也能得到有效控制。然而,越来越多的临床观察发现,即便在接受长期ART治疗的患者中,仍有相当比例的人出现代谢紊乱、慢性炎症、心血管疾病和神经精神障碍等并发症。158名长期接受ART治疗的HIV感染者进行了转录组、蛋白质组和代谢组的综合分析。通过相似性网络融合(SNF)算法,将患者分为两组:健康对照组(HC-like):免疫代谢状态较好;高风险组(at-risk):存在明显免疫代谢异常,占比44%。
分层诊断:通过机器学习与贝叶斯网络分析,研究鉴定出5种与免疫代谢并发症高度相关的蛋白标志物(TBCB、GGCT、TXLNA、PLPBP和LATS1),并与细胞衰老、应激反应和代谢重编程密切相关。Olink蛋白标志物(如GGCT)联合代谢物(精胺)可精准识别高危患者(AUC=0.94)。
机制解析:多组学整合揭示色氨酸代谢-单核细胞衰老-神经损伤的级联通路,为干预提供靶点(如IDO1抑制剂)。
近期多项研究通过整合Olink PEA蛋白组学、单细胞测序和空间转录组技术,揭示了疾病微环境中免疫应答的核心机制。
Olink + 单细胞转录组:精确锚定功能蛋白来源细胞,揭示翻译调控秘密【细胞尺度】
Olink + 单细胞转录组:精确锚定功能蛋白来源细胞,揭示翻译调控秘密【细胞尺度】
案例三
中文标题:单细胞多组学揭示DNMT3A和TET2突变克隆造血在炎症反应中的不同作用
发表期刊:blood advances
发表时间:2024年12月
影响因子:7.1
DNMT3A和TET2是在年龄相关的克隆性造血(CH)中常见的表观遗传调控基因,它们对DNA甲基化具有相反的作用。DNMT3A负责将胞嘧啶转化为甲基胞嘧啶,导致基因沉默,而TET2则催化mC转化为5-羟甲基胞嘧啶和后续的氧化代谢物,导致基因激活。尽管它们具有相反的表观遗传作用,但这些突变与全因死亡率增加和进展为血液系统肿瘤的低风险相关。本研究利用单细胞多组学(scDNA/RNA-seq + scATAC-seq )、DNA甲基化测序、靶向基因分型、Olink蛋白组技术,探讨在新冠病毒病 (COVID-19) 发生的自然炎症反应下,DNMT3A和TET2突变与炎症发病率和死亡率(急性呼吸窘迫综合征 ARDS)之间的关联。
验证单细胞转录组学:单细胞转录组学分析表明,DNMT3Amt CH患者中CD4+和CD8+ T细胞、调节性T细胞和NK细胞中IL-32表达增加。通过Olink检测患者血清中的IL-32水平,验证上述结果,并证实IL-32在 DNMT3Amt CH相关炎症反应中的作用。
关联细胞因子表达与临床结果:Olink分析发现,IL-32表达水平与新冠肺炎患者的死亡率相关。表明IL-32不仅参与了炎症反应,而且可能直接影响疾病预后。
更全面的炎症反应图景:除了IL-32,Olink分析还检测了其他多种细胞因子和趋化因子,为研究人员提供了更全面的炎症反应图景,帮助他们更好地理解DNMT3A突变如何影响炎症反应。
案例四
中文标题:单细胞转录组学和功能研究确定了胶质状态的变化和炎症RIPK1信号在ALS发病机制中的作用
发表期刊:Immunity
发表时间:2025年2月
影响因子:26.3
肌萎缩侧索硬化症(ALS)是一种以运动神经元丧失为特征的进行性神经退行性疾病。小胶质细胞和星形胶质细胞驱动的神经炎症在ALS中很突出,但驱动疾病的细胞状态动力学和途径仍不清楚。
在单细胞数据中发现细胞状态发生了改变,疾病相关细胞亚群-小胶质细胞(Mg2和Mg3)表现出脂质代谢、免疫调控和氧化磷酸化;星形胶质细胞(Ast2和Ast3)表现出细胞死亡和 MAPK 信号通路、趋化性和细胞因子响应等生物过程,这些信号多集中于炎症与细胞死亡调控相关的 RIPK1 通路及坏死性凋亡通路。
体外刺激 iPSC衍生的三重培养体系中,Olink验证了RIPK1激活会诱导一系列细胞因子和趋化因子的释放,这些因子与神经炎症和细胞死亡相关。
Olink + 空间转录组:定位组织空间中的功能分子“热点”与通讯枢纽【空间尺度】
案例五
中文标题:血液TCTP作为与转移性胃癌免疫抑制特征和不良临床结局相关的潜在生物标志物
发表期刊:J Immunother Cancer
发表时间:2025年3月
影响因子:10.6
对于特定的髓系细胞群或胃癌,不存在已确定的生物标志物。本研究旨在探讨血浆翻译控制肿瘤蛋白(TCTP)在接受免疫检查点抑制剂/或细胞毒性化疗的晚期胃癌患者中的预后和免疫学相关性。
Olink发现表型:血浆TCTP水平高低定义了具有显著差异的系统性免疫状态(高水平TCTP=免疫抑制/血管生成/排斥T细胞;低水平TCTP=T细胞活化)。
scRNA-seq 解析来源与机制:源于公共胃癌组织数据集,在细胞层面,发现Macrophage-chemokine等髓系亚群是TCTP的主要来源,并具有核心的免疫抑制功能,能通过特定通路抑制T/NK细胞,完美解释了Olink发现的表型。
空间转录组定位结构与验证:源于公共胃癌空间转录组数据集,在空间层面,证实了肿瘤细胞与这些高TCTP、免疫抑制性髓系细胞(Macrophage-chemokine/profibrotic) 在物理空间上的紧密共定位,形成了功能性的免疫抑制生态位,导致T/NK细胞被排斥或抑制,直接可视化了Olink和scRNA-seq的发现。这种空间结构进一步解释了为何高TCTP状态与不良预后(尤其在ICI治疗中)相关。
小结/ summary
兰卫医学致力于通过引入Olink Proteomics靶向蛋白质平台、TissueGnostics多色免疫平台、BD Rhapsody单细胞分析系统和10x Genomics Chromium X单细胞、Visium HD空间转录组、Xenium组织原位分析等技术平台,构建多维度的生物标志物研究平台,促进生物标志物的发现和验证,为临床提供了更精确的诊断依据,推动个性化医疗和精准治疗的发展。
参考文献
[1]. Wang Y, Chen J, Ni Y, Liu Y, Gao X, Tse MA, Panagiotou G, Xu A. Exercise-changed gut mycobiome as a potential contributor to metabolic benefits in diabetes prevention: an integrative multi-omics study. Gut Microbes. 2024 Jan-Dec;16(1):2416928.
[2]. Mikaeloff F, Gelpi M, Escós A, Wang T, Gupta S, Olofsson A, Akusjärvi SS, Schuster S, Naval P, Sood V, Nikouyan N, Knudsen AD, Vestad B, Høgh J, Hov JR, Benfield T, Trøseid M, Pawar V, Rucevic M, Benfeitas R, Végvári Á, O'Mahony L, Savai R, Björkström NK, Lourda M, de Magalhães JP, Weiss S, Mardinoglu A, Varshney MK, Karlsson AC, Syed YA, Nielsen SD, Neogi U. Host Plasma Microenvironment in Immunometabolically Impaired HIV Infection Leads to Dysregulated Monocyte Function and Synaptic Transmission Ex Vivo. Adv Sci (Weinh). 2025 Apr;12(16):e2416453.
[3]. Mohammed Ismail W, Fernandez JA, Binder M, Lasho TL, Kim M, Geyer SM, Mazzone A, Finke CM, Mangaonkar AA, Lee JH, Wang L, Kim KH, Simon VA, Rakhshan Rohakthar F, Munankarmy A, Byeon SK, Schwager SM, Harrington JJ, Snyder MR, Robertson KD, Pandey A, Wieben ED, Chia N, Gaspar-Maia A, Patnaik MM. Single-cell multiomics reveal divergent effects of DNMT3A- and TET2-mutant clonal hematopoiesis in inflammatory response. Blood Adv. 2025 Jan 28;9(2):402-416.
[4]. Zelic M, Blazier A, Pontarelli F, LaMorte M, Huang J, Tasdemir-Yilmaz OE, Ren Y, Ryan SK, Shapiro C, Morel C, Krishnaswami P, Levit M, Sood D, Chen Y, Gans J, Tang X, Hsiao-Nakamoto J, Huang F, Zhang B, Berry JD, Bangari DS, Gaglia G, Ofengeim D, Hammond TR. Single-cell transcriptomic and functional studies identify glial state changes and a role for inflammatory RIPK1 signaling in ALS pathogenesis. Immunity. 2025 Apr 8;58(4):961-979.e8.
[5]. Kim HD, Jung S, Bang YH, Kim J, Kim HJ, Lee HE, Hyung J, Yoo C, Kim WT, Yoon MJ, Lee H, Ryou JH, Jeon H, Yanai H, Lee JS, Lee G, Ryu MH. Blood TCTP as a potential biomarker associated with immunosuppressive features and poor clinical outcomes in metastatic gastric cancer. J Immunother Cancer. 2025 Mar 3;13(3):e010455.
本文由 医学事务中心 刘瑞斌 提供