纤毛蛋白组图谱揭示细胞信号传导新机制：为纤毛病诊疗提供精准框架

本期推荐一篇发表于《Signal Transduction and Targeted Therapy》的突破性研究。为解析原发性纤毛的蛋白组成异质性及其与纤毛病的关系，Hansen团队通过抗体空间蛋白组学技术，首次构建了单纤毛分辨率的人类纤毛蛋白图谱，涵盖视网膜、肾脏及间充质细胞。研究鉴定出715种蛋白，发现69%的蛋白具有细胞类型特异性分布，并揭示CFAP300可作为通用纤毛标记物。该研究为理解纤毛相关信号通路（如GPCR、Wnt、TGF-β）的组织特异性调控提供了新视角，为纤毛病基因诊断开辟了新途径。

在细胞生物学领域，原发性纤毛（primary cilium）曾长期被视为一个简单的“细胞天线”，但近年研究发现，这一微小细胞器实则是调控发育、代谢和信号转导的核心枢纽。然而，由于技术限制，科学界对纤毛蛋白组成的认知长期停留在“均质化”层面，无法解释为何纤毛功能障碍会导致涉及多器官的纤毛病（ciliopathies）。传统蛋白组学方法如APEX、BioID等存在分辨率低、无法区分单纤毛异质性等问题，阻碍了对纤毛信号网络组织原理的深入探索。

针对这一瓶颈，Hansen团队在《Cell》上发表的研究通过抗体空间蛋白组学（antibody-based spatial proteomics）与高分辨率共聚焦成像技术，首次在单细胞器水平绘制了人类三种细胞类型（hTERT-RPE1视网膜细胞、RPTEC/TERT1肾上皮细胞、ASC52telo间充质细胞）的纤毛蛋白图谱。该研究手工标注近2万张显微图像，将蛋白定位至纤毛基体（basal body）、过渡区（transition zone）、纤毛主体和顶端等亚结构，实现了蛋白空间分布的精准解析。

研究揭示纤毛蛋白组具有极高异质性

研究发现，纤毛蛋白组的多样性远超其他细胞器。在鉴定的715种蛋白中，91种为首次发现与纤毛相关，69%的蛋白仅存在于1-2种细胞类型中。例如，经典纤毛蛋白ADCY3在脂肪、肾脏和视网膜细胞中的定位截然不同，而PI3K仅在某些细胞类型的纤毛中出现。此外，78%的蛋白在单根纤毛水平呈现丰度或分布差异，信号通路相关蛋白（如GPCRs中的LPAR3、SSTR3、HTR7）变异尤为显著，而结构蛋白（如微管修饰蛋白）则相对稳定。

信号通路模块化分布支撑多功能协同

功能聚类分析显示，纤毛内存在至少20个蛋白功能簇，形成“分区信号模块”。例如，过渡区富集蛋白运输相关分子，而纤毛顶端聚集自磷酸化激酶。这种区室化布局可能使纤毛同时运行多条信号通路（如PDGF、TGF-β、Wnt）且互不干扰。值得注意的是，99%的纤毛蛋白也存在于其他细胞区室，提示纤毛与全局细胞信号网络存在广泛交叉对话。

CFAP300成为通用纤毛标记物

在715种蛋白中，仅ARL13B和CFAP300在所有细胞类型中稳定特异性标记纤毛。CFAP300在肾脏、肝脏、甲状腺等组织中均无交叉反应，有望成为纤毛研究和纤毛病诊断的理想工具。

纤毛病基因谱系拓展

研究映射的324个纤毛基因与已知人类疾病相关，53个为新发现基因。其中14个新基因（如NRCAM、DDC）与神经发育密切相关。一例患有多系统纤毛病症状的儿童被发现有CREB3新突变，证实该图谱对罕见病基因鉴定的临床价值。

局限与展望

本研究虽提供高分辨率纤毛蛋白图谱，但仍属体外研究，需通过动物模型验证蛋白功能。未来结合活细胞成像、空间转录组学及类器官技术，将有望揭示纤毛信号输出与组织生理的具体关联。

结论

该研究通过单纤毛分辨率蛋白图谱，重新定义了纤毛作为“可定制化信号中心”的角色，其蛋白组成的高度异质性与组织功能特化紧密相关。这一资源不仅为纤毛病机制研究提供新框架，也为多系统遗传病的基因诊断开辟了新路径。论文发表于《Signal Transduction and Targeted Therapy》，为靶向纤毛信号通路的疗法开发奠定了理论基础。