《Signal Transduction and Targeted Therapy》：Cilium-by-cilium: unveiling hidden proteomic diversity and the molecular basis of ciliopathies
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本期推薦一篇發表于《Signal Transduction and Targeted Therapy》的突破性研究。為解析原發性纖毛的蛋白組成異質性及其與纖毛病的關系，Hansen團隊通過抗體空間蛋白組學技術，首次構建了單纖毛分辨率的人類纖毛蛋白圖譜，涵蓋視網膜、腎臟及間充質細胞。研究鑒定出715種蛋白，發現69%的蛋白具有細胞類型特異性分布，并揭示CFAP300可作為通用纖毛標記物。該研究為理解纖毛相關信號通路（如GPCR、Wnt、TGF-β）的組織特異性調控提供了新視角，為纖毛病基因診斷開辟了新途徑。
在細胞生物學領域，原發性纖毛（primary cilium）曾長期被視為一個簡單的“細胞天線”，但近年研究發現，這一微小細胞器實則是調控發育、代謝和信號轉導的核心樞紐。然而，由于技術限制，科學界對纖毛蛋白組成的認知長期停留在“均質化”層面，無法解釋為何纖毛功能障礙會導致涉及多器官的纖毛病（ciliopathies）。傳統蛋白組學方法如APEX、BioID等存在分辨率低、無法區分單纖毛異質性等問題，阻礙了對纖毛信號網絡組織原理的深入探索。
針對這一瓶頸，Hansen團隊在《Cell》上發表的研究通過抗體空間蛋白組學（antibody-based spatial proteomics）與高分辨率共聚焦成像技術，首次在單細胞器水平繪制了人類三種細胞類型（hTERT-RPE1視網膜細胞、RPTEC/TERT1腎上皮細胞、ASC52telo間充質細胞）的纖毛蛋白圖譜。該研究手工標注近2萬張顯微圖像，將蛋白定位至纖毛基體（basal body）、過渡區（transition zone）、纖毛主體和頂端等亞結構，實現了蛋白空間分布的精準解析。
研究揭示纖毛蛋白組具有極高異質性
研究發現，纖毛蛋白組的多樣性遠超其他細胞器。在鑒定的715種蛋白中，91種為首次發現與纖毛相關，69%的蛋白僅存在于1-2種細胞類型中。例如，經典纖毛蛋白ADCY3在脂肪、腎臟和視網膜細胞中的定位截然不同，而PI3K僅在某些細胞類型的纖毛中出現。此外，78%的蛋白在單根纖毛水平呈現豐度或分布差異，信號通路相關蛋白（如GPCRs中的LPAR3、SSTR3、HTR7）變異尤為顯著，而結構蛋白（如微管修飾蛋白）則相對穩定。
信號通路模塊化分布支撐多功能協同
功能聚類分析顯示，纖毛內存在至少20個蛋白功能簇，形成“分區信號模塊”。例如，過渡區富集蛋白運輸相關分子，而纖毛頂端聚集自磷酸化激酶。這種區室化布局可能使纖毛同時運行多條信號通路（如PDGF、TGF-β、Wnt）且互不干擾。值得注意的是，99%的纖毛蛋白也存在于其他細胞區室，提示纖毛與全局細胞信號網絡存在廣泛交叉對話。
CFAP300成為通用纖毛標記物
在715種蛋白中，僅ARL13B和CFAP300在所有細胞類型中穩定特異性標記纖毛。CFAP300在腎臟、肝臟、甲狀腺等組織中均無交叉反應，有望成為纖毛研究和纖毛病診斷的理想工具。
纖毛病基因譜系拓展
研究映射的324個纖毛基因與已知人類疾病相關，53個為新發現基因。其中14個新基因（如NRCAM、DDC）與神經發育密切相關。一例患有多系統纖毛病癥狀的兒童被發現有CREB3新突變，證實該圖譜對罕見病基因鑒定的臨床價值。
局限與展望
本研究雖提供高分辨率纖毛蛋白圖譜，但仍屬體外研究，需通過動物模型驗證蛋白功能。未來結合活細胞成像、空間轉錄組學及類器官技術，將有望揭示纖毛信號輸出與組織生理的具體關聯。
結論
該研究通過單纖毛分辨率蛋白圖譜，重新定義了纖毛作為“可定制化信號中心”的角色，其蛋白組成的高度異質性與組織功能特化緊密相關。這一資源不僅為纖毛病機制研究提供新框架，也為多系統遺傳病的基因診斷開辟了新路徑。論文發表于《Signal Transduction and Targeted Therapy》，為靶向纖毛信號通路的療法開發奠定了理論基礎。
