蛋白质是生命功能的直接体现者，近几年来，蛋白质组研究越来越多的体现在多种疾病机理的阐明，为科研问题攻克提供理论根据和解决途径。通过蛋白质组比较分析，找到特异性的蛋白，成为新药物设计的分子靶点，为疾病的早期诊断提供分子标志。然而生物体内的蛋白组学是一个非常复杂的体系。近几年来，由于质谱技术的发展，让我们对生物体内蛋白组的认识更加全面和准确。尤其基于TimsTOF Pro系列质谱仪，被称为4D蛋白组学技术为蛋白组学提供全新的覆盖深度和通量，为精准医疗提供高端技术支持力量。
相比与传统蛋白组学，4D蛋白组学的主要体现在以下几个方面：
timsTOF Pro 2
由平行累积连续碎裂技术(PASEF®)驱动， 成为4D-蛋白质组学无偏向性细胞和血浆蛋白质组学、液体活检多组生物标志物发现利器，以及整合基因组学、蛋白质组学和表观蛋白质组学拓宽了道路。
timsTOF Pro 2的4D-组学的重大突破：
速度：PASEF 技术实现了在不影响分辨率情况下达到超过 120 Hz 扫描速度。
深度：额外一维离子淌度提高了数据完整性。
高通量：超快数据采集速度使其可以使用短梯度实现生物样本的高通量分析。
4D蛋白组学相较于以往传统蛋白组学优势如下：
1、timsTOF Pro2可增加4D-蛋白组鉴定可信度
dia-PASEF比传统的蛋白组学方法有更高灵敏度和选择性，是因为它将 PASEF 原理也应用进来，结合了 DIA 的优点和 PASEF 离子利用率高的优势。
TIMS 分离提高了选择性，而且可以将单电荷母离子排除掉，从而降低本底噪音干扰。
利用分子量和碰撞横截面 CCS 值的相关性，dia-PASEF 能够实现高可信度化合物鉴定。在 LC-MS/MS分析中， dia-PASEF 能够采集包含 m/z，离子淌度值(CCS)，保留时间和离子强度的 4D 数据。
2、timsTOF Pro2可加快4D-蛋白组鉴定速度
集离子淌度谱(TIMS)首先是一项重要的气相分离技术，它是在高效液相色谱(HPLC)和质谱分离的基础上，带来额外一个维度的分离，可大大降低样品分析复杂度，极大提高峰容量和分析物鉴定可靠性。TIMS 离子淌度管能对离子实现时间和空间上的聚焦，从而独特地提高灵敏度和扫描速度。
3、timsTOF Pro2可实现蛋白质更深度覆盖
timsTOF Pro 2 可以通过数据库搜索和运行之间的匹配，在一些日常细胞系蛋白组定量实验中实现很高的蛋白覆盖深度。
4、timsTOF Pro2实现高灵敏度、高通量靶向蛋白质组学
和传统的靶向蛋白组学分析技术(SRM 和 PRM)相比，prm-PASEF 在单针中可极大提高监测多肽数目，同时不影响仪器选择性或灵敏度。
靶向质谱(MS)技术是蛋白质组学实验中一种强大的技术，用来验证大队列样本中的候选生物标志物。与数据依赖采集(DDA)和数据非依赖采集(DIA)相比，这可以增加检测灵敏度。可是该技术受到在单针中监测离子数目和液相分离出峰时长以及整体灵敏度间的折中限制。只有通过更长的色谱分离时长或降低质谱的灵敏度和选择性，才能获得大量目标肽的完整数据。
prm-PASEF 可以极大地提高单针中靶向监测的多肽数目，这得益于timsTOF Pro 2 的第四维分离可以极大提高选择性和灵敏度， PASEF 技术带来的速度可以增加靶向分析离子数量
高灵敏度应对困难的分析挑战
随着某些特定细胞、少量细胞群或生物穿刺样本的生物研究越来越重要，低样本量蛋白组定量变得至关重要。而如此低的样本量对于质谱灵敏度提出了很高要求。使用高灵敏度的质谱仪对如此低的样本量进行原型定量至关重要。timsTOF Pro 2是应对困难的分析挑战的一种很好的选择。
鹿明生物4D蛋白组的分类
4D蛋白组根据技术方法可以细分为4D-DIA、4D-LFQ、以及4D-PRM等，修饰类型的4D蛋白组可以根据蛋白具体的修饰类型划分为磷酸化、泛素化、乙酰化、糖基化蛋白组等。
应用领域举例：
临床biomarker筛选
疾病分子分型及分子分期
参考文献 ：
diaPASEF: parallel accumulation–serial fragmentation combined with data-independent acquisition. Nat Methods. 2020.
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文末看点｜lumingbio
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