近日，南方科技大学理学院化学系田瑞军讲席教授和陶丽芝副教授团队联合合作者在Nature Chemical Biology发表题为“H₂O₂-Free Proximity Proteomics for Exploring Dynamic Protein Complexes in Living Systems”的研究论文。该研究发展了一种面向活细胞及活体动物体系动态蛋白质复合物研究的邻近标记化学蛋白质组学技术。更为重要的是，该研究构建了基于化学进化得到的高亲和力小分子探针，建立了由酶原位自由基与氧气协同催化驱动的高选择性邻近标记化学生物学反应体系。

蛋白质在细胞中的功能执行高度依赖动态蛋白质复合物的快速组装与解离，而许多关键信号转导过程中，蛋白质复合物的组装甚至发生在秒级时间尺度。尽管现有邻近标记技术极大推动了亚细胞器蛋白质组和蛋白互作研究的发展，但仍存在标记反应慢、生物相容性差、氧化损伤强以及组织穿透能力有限等瓶颈。因此，如何在天然活体环境中，以快速、精准且温和的方式捕捉动态蛋白复合物始终是化学蛋白质组学领域的技术挑战。

针对这一问题，研究团队从邻近标记酶APX及其突变体APEX2的反应机制出发，开发了具有蓝光响应与低水平内源性过氧化氢响应两种模式的ROProx（Radical- and Oxygen-driven proximity labeling）邻近标记体系。研究人员设计并筛选出一种能够与APEX2高亲和力协同作用的化学探针生物素-萘胺BN2，并结合电子顺磁共振波谱（EPR）等实验技术，发现APX和APEX2内部存在酪氨酸自由基。基于上述独特的化学生物学反应机理，ROProx具有双标记模式：（1）在秒级蓝光照射和氧气参与下，ROProx可利用这一自由基催化反应机制实现约10纳米范围内的高选择性和快速蛋白质复合物邻近标记；（2）ROProx还可响应细胞内极低水平的内源性过氧化氢，从而绕开光穿透受限的问题，实现活体动物中的分钟级的动态蛋白复合物标记。与此同时，ROProx介导的活化BN2探针自聚合效应，以及APEX2上His42位点特异的邻近标记和催化酶淬灭作用，共同形成了限制探针活性中间体扩散的双重“刹车”机制，从而确保ROProx具有10纳米范围内的高标记选择性。

研究团队进一步采用受生长因子EGF介导的脚手架蛋白GRB2动态相互作用组体系，在活细胞及转基因活体动物体系评估了ROProx技术的邻近标记性能。相较现有的基于光控酶的邻近标记技术，ROProx技术可在活细胞中利用弱的蓝光实现秒级动态蛋白质复合物的高选择性标记和蛋白质组学分析。更为重要的是，BN2探针可以通过尾静脉注射在5分钟内到达多种主要脏器，并实现肝再生等过程中分钟级的动态蛋白质复合物及相关酪氨酸磷酸化位点的联合原位组学表征。

综上所述，该研究不仅为解析癌症和免疫等体系中信号转导网络提供了新的动态蛋白质相互作用组分析工具，同时也提出一种基于化学进化和原位自由基协同催化的反应体系，为未来邻近标记化学生物学反应体系设计与发展开辟了新的研究方向。

南科大理学院化学系研究助理教授柯弥、硕士生梁富超、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心博士生王广琴和南科大科研助理何岸为论文共同第一作者。田瑞军为主要通讯作者，陶丽芝和中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心研究员刘志勇为论文共同通讯作者。南方科技大学为论文第一单位。本研究还获得南科大理学院化学系董哲副教授和王杰副教授支持。本研究获得国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划资助项目、中国博士后科学基金、深圳市科技创新委员会基金等资助。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41589-026-02230-0

供稿：理学院

通讯员：陈艺晴

主图：丘妍

编辑：任奕霏