miRNA-05.外泌体多组学生物信息分析平台概览

外泌体（exosome）质量评估与标志物研究，往往同时涉及 RNA 内容与蛋白内容两条分子读出。若转录组与蛋白组各自为政——样本 ID 对不上、QC 标准各说各话、报告无法交叉验证——实验人员很难判断「这颗样品到底能不能用」。

本文是外泌体多组学生物信息分析平台的总览：说明平台解决什么问题、分层架构如何设计、数据如何在模块间流动，以及与本系列其他文档的关系。转录组、蛋白组细节分别见 miRNA-06-外泌体转录组分析平台、miRNA-07-外泌体蛋白组分析平台；模块级开发排期见 miRNA-04-外泌体转录组与蛋白组分析平台规划。

段末注释：EV（extracellular vesicle，细胞外囊泡）为分泌颗粒总称；本平台默认服务经超速离心、SEC（size exclusion chromatography，尺寸排阻色谱）或试剂盒富集的外泌体/EV 馏分。

图 1　外泌体多组学生物信息分析平台总体框架

图 1 自上而下：公共基础层统一样本与 SOP；转录组、蛋白组两条子平台并行分析；多组学整合层完成联合 QC、关联分析与统一报告交付。

1. 平台要回答的核心问题

层次	问题	平台职责
样品是否合格	外泌体馏分是否纯、来源是否对、有无溶血/污染	转录组 miRNA QC + 蛋白组标志物/污染 QC + 物理指标元数据
数据是否可信	测序/质谱是否成功、能否重复	读段层 QC、鉴定数 QC、批次与重复性监控
组学是否一致	RNA 与蛋白是否讲同一个故事	多组学配对、联合判读规则
能否支撑课题	组间差异、通路、标志物候选	差异分析、富集、签名库（标准版能力）

平台设计原则：先 QC 闭环，再分析扩展——未通过质控的样品不进入差异表达或生物标志物结论链路。

2. 总体架构

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        公共基础层（Shared Layer）                         │
│  项目 / 样本 / 实验元数据 │ SOP 版本 │ 权限 │ 任务队列 │ 结果归档 │ 审计  │
└───────────────────────────────────┬─────────────────────────────────────┘
                                    │
         ┌──────────────────────────┼──────────────────────────┐
         ▼                          ▼                          ▼
┌─────────────────┐      ┌─────────────────┐      ┌─────────────────┐
│   转录组子平台    │      │   蛋白组子平台    │      │  多组学整合层    │
│  sRNA-seq/miRNA │◄────►│   LC-MS/MS      │─────►│ 联合 QC / 关联  │
│  （可选 mRNA）   │      │  DDA / DIA      │      │  统一报告       │
└────────┬────────┘      └────────┬────────┘      └────────┬────────┘
         │                          │                          │
         ▼                          ▼                          ▼
   miRNA 表达矩阵              蛋白定量矩阵              配对样品 ID
   QC 报告（T 线）             QC 报告（P 线）            三角验证结论

2.1 四层逻辑划分

层级	内容	典型产出
L0 元数据	分离方法、物种、组织、对照类型、NTA/Western 等	结构化样本表
L1 原始数据层	FASTQ、搜库结果、（可选）mzML	校验通过的数据包
L2 分析引擎层	预处理、比对/鉴定、定量、统计	矩阵、中间表
L3 判定与交付层	QC 规则、报告、合格标签、多组学联合结论	HTML/PDF 报告

2.2 两条产品线对比

维度	转录组子平台	蛋白组子平台
主输入	sRNA-seq FASTQ	MaxQuant / FragPipe 等搜库输出
外泌体核心 QC	miRNA 占比、污染 RNA、溶血/血小板签名	CD63/CD9/CD81 面板、血浆高丰度过滤
主矩阵	样品 × miRNA 读段/归一化值	样品 × 蛋白 LFQ/DIA 强度
系列文档	miRNA-06	miRNA-07
生物学 QC 详解	miRNA-03	MISEV2023 / EV-TRACK 对齐

段末注释：NTA（nanoparticle tracking analysis，纳米颗粒追踪分析）报告粒径与浓度，不能单独证明外泌体身份，但可与组学 QC 三角验证。

3. 公共基础层（Shared Layer）

所有子平台共享，避免「各建各的样本表」。

3.1 样本与实验元数据

必填字段建议：

字段组	示例
身份	样品 ID、项目 ID、批次、操作者
生物学	物种、细胞系/组织、处理条件
制备	分离方法（超速离心 / SEC / 试剂盒）、试剂批号
对照	PBS 空白、EV-depleted、母细胞裂解物、FBS 背景
物理 QC	NTA 峰径、颗粒浓度、Western 结果（可选）
组学链接	转录组 run ID、质谱 run ID、是否配对

缺少分离方法与对照标签，转录组侧的 miRNA 签名 QC 与蛋白组侧的污染过滤均无法可靠解释。

3.2 SOP 与阈值版本

QC 合格/边缘/不合格规则须绑定 SOP 版本号写入报告，避免事后调阈值。阈值校准方法见 miRNA-03 读前说明：在本实验室历史合格批次上建立基线。

3.3 任务与交付

能力	说明
任务队列	支持批量样品、失败重跑、步骤级日志
结果归档	原始输出 + 参数快照 + 软件版本（可复现）
权限	项目隔离；临床样本脱敏 ID

4. 端到端数据流

实验制备外泌体
    │
    ├──► sRNA-seq 建库测序 ──► FASTQ ──► [转录组子平台] ──► miRNA QC 报告
    │
    ├──► LC-MS/MS ──► 搜库 ──► [蛋白组子平台] ──► 蛋白 QC 报告
    │
    └──► NTA / Western / 电镜（元数据录入）
                │
                ▼
         [多组学整合层]
                │
                ▼
    联合判定：合格 / 边缘 / 不合格 + 下游是否放行
                │
                ▼（仅合格或边缘经人工确认）
    差异 miRNA / 差异蛋白 / 富集 / 标志物候选

关键约束：整合层以 样品 ID 为唯一键；一组学失败不应静默阻塞另一组学的 QC 交付，但联合结论须显式标注「单组学通过 / 双组学不一致」。

5. 多组学整合层

5.1 联合 QC 判读矩阵

场景	转录组信号	蛋白组信号	平台建议
理想	miRNA% 高、与参考谱一致	四跨膜蛋白阳性、污染低	合格
空囊泡疑云	miRNA 谱弱	标志蛋白可检出	边缘；建议 Bioanalyzer 小 RNA
制备污染	rRNA/tRNA 高	胞内/血浆污染蛋白高	不合格
溶血/血小板	miR-451a 等升高	（可选）血红蛋白相关肽段	标注干扰，结论降级
单组学缺失	仅转录组或仅蛋白组	—	输出单组学报告 +「未联合验证」标签

逻辑与 miRNA-03 §6 多组学三角验证一致。

5.2 分析期整合（标准版）

能力	方法概要
miRNA–靶基因–蛋白	TargetScan 预测 + 配对样品相关
模块重叠	WGCNA 或 PCA 对齐
统一报告	单份 PDF 含 T 线 + P 线 + 联合章节

6. 能力分期与文档映射

阶段	平台能力	参考文档
Phase 0	元数据规范、SOP 定稿	本文 §3
Phase 1 MVP	双平台 QC 闭环 + 单样报告	miRNA-04 §4.2
Phase 2	差异分析 + 富集	miRNA-06 §5–6；miRNA-07 §5–6
Phase 3	签名库 + 多组学联合	本文 §5；miRNA-04 T11/T12、P11

里程碑	交付物	并行日历（参考）
M1	双平台 QC + 单样报告	8–10 周
M2	组间差异 + 项目模板	+4–6 周
M3	多组学联合 + 参考库	+4–6 周

7. 系列文档导航

miRNA-01 / 02     生物学背景与外泌体关系
       ↓
miRNA-03          sRNA-seq QC 指标与判读（转录组 QC 理论依据）
       ↓
miRNA-05（本文）   平台总览与架构
       ├── miRNA-06   转录组子平台专文
       └── miRNA-07   蛋白组子平台专文
       ↓
miRNA-04          模块清单、难点与开发人周估算

小结

平台以 公共元数据层 统一样本语境，上承 转录组、蛋白组 两条分析线，下接 多组学联合 QC 与报告。
设计顺序：QC 闭环优先，差异与标志物分析仅在样品（或经确认的边缘样品）上放行。
转录组侧重 miRNA 组成与签名（落实 miRNA-03）；蛋白组侧重 EV 标志物与污染蛋白（对齐 MISEV）。
实现排期与模块级估时见 miRNA-04；子平台流程细节见 miRNA-06、miRNA-07。