Mol Cell |?李默團隊建立“醫化交叉”體內蛋白質組標記技術

蛋白質組學作為生命科學與醫學領域的核心技術之一， 深刻推進了我們對微觀組學世界的認知。 然而， 當今 絕大多數蛋白質組 學 研究仍然依賴“離體”樣本 。 這種“從體外回推體內”的方式，成為 后組學時代深入揭示 疾病機制 與實現精準治療的巨大 瓶頸。

2013 年 以來 ， 斯坦福大學Alice Ting團隊 在Science和Molecular Cell連續發表 APEX 臨近標記相關工作，首次展示了在活細胞中基于改造過氧化物酶進行快速、 微尺度 的蛋白標記與質譜鑒定【1,2】。 此后， 后續 研究 者 也開始嘗試利用 AAV 等手段在小鼠特定腦區表達標記酶，對神經元和星形膠質細胞進行蛋白質組研究【3,4】。然而這些嘗試仍然存在明顯局限：一是缺乏 專用、可廣泛嫁接的基因工程小鼠模型 ，很難在全身多個器官、不同細胞群體中系統開展體內蛋白質標記；二是現有底物并非為復雜的哺乳動物體內環境“量身定制”，在血液循環、不同組織酶環境中穩定性和標記效率不足；三是對于諸如腫瘤外泌體等“外源蛋白”的體內命運，幾乎完全依賴體外分離外泌體后的間接推斷，難以真正回答： 哪些外源蛋白最終在受體器官中“落地生根”，并驅動病理改變？

2025年12月1 日，北京大學李默團隊在Molecular Cell在線發表題為In vivo proteomic labeling reveals diverse proteomes for therapeutic targets的研究工作。該研究基于自主 產生 的 APEX2-EGFP f/f 小鼠和新型標記底物 Btn-Ph-3F，首次成功建立普適化體內蛋白質組原位標記技術（IVPL, in vivo protein labeling） ，不僅實現了多器官、特定細胞群的高質量體內蛋白質組學描繪，更深度加強了“醫/化交叉”的思維范式并推動學科通融。

在這項工作中，研究 團隊構建的IVPL 小鼠 可 與任意商業化 Cre 小鼠雜交，實現空間高度可定制的 APEX2 -EGFP 表達。這一策略本質上將 APEX2 變成了一個“通用插槽”，為不同研究領域快速“接入”這一平臺提供了 高度可及性 。與此同時， 團隊 設計 的新穎體內反應底物 Btn-Ph-3F在腸道、乳腺等多種復雜組織中均具有良好的穩定性和反應性能。利用IVPL體系，研究者成功獲取了腸上皮、乳腺上皮以及實體瘤中 Treg 細胞的高質量體內原位蛋白質組數據。

其后 ，團隊將目光投向了一個長期困擾腫瘤研究領域的問題—— 外泌體在體內究竟如何重塑遠端器官？ 過去 二 十年，大量關于腫瘤外泌體的蛋白質組學研究陸續發表，但幾乎全部基于“體外分離外泌體→質譜鑒定”的經典流程。外泌體 被 受體細胞 吞噬 后，大部分會沿內吞–溶酶體途徑被降解【5】，只有極少數蛋白可以逃脫這一“命運”，并真正參與 重塑 受體細胞。傳統策略很難 鑒定這類痕量的、在體內真正發揮作用的外泌體蛋白質。團隊 通過尾靜脈注射分別給予 Luminal-A 型（LABC）和 三陰型（ TNBC ） 乳腺癌患者來源的外泌體，再在特定時間窗口 以 Btn-Ph-3F 觸發IVPL蛋白質標記 ， 使得 只有那些成功 被 乳腺細胞 吞噬 并 未被降解的 外源蛋白，在體內原位被生物素化并被質譜 鑒定 ，并 將這一集合命名為“uptake exo-proteome”， 即 本質上捕捉 了 “外泌體–受體器官軸線中真正落地的蛋白執行者”。進一步 分析，團隊發現外泌體蛋白 LDHAL6A 實質性驅動TNBC的遠端轉移 。敲低TNBC細胞中的 LDHAL6A 明顯削弱了腫瘤細胞的增殖和 侵襲 能力；在PDX - 及231 - 小鼠腫瘤模型中， 靶向抑制 LDHAL6A 聯合紫杉醇化療 可協同抑制腫瘤生長與肺轉移，相比單藥治療具有更強的抗腫瘤效果。

IVPL技術 有望在未來快速擴展到心腦血管疾病、自身免疫病、代謝性疾病以及組織再生與衰老等多個領域，推動我們真正走向“在體內、在原位、在真實微環境下理解蛋白質和疾病”的新階段。

北京大學第三醫院王琪龍、北京市朝陽醫院姜月寧、北京大學第三醫院畢美玉為該論文共同第一作者。北京大學李默教授為通訊作者。

https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(25)00904-9

制版人： 十一

參考文獻

1. Rhee, H.W., Zou, P., Udeshi, N.D., Martell, J.D., Mootha, V.K., Carr, S.A., and Ting, A.Y. (2013). Proteomic mapping of mitochondria in living cells via spatially restricted enzymatic tagging.Science339, 1328-1331. 10.1126/science.1230593.

2. Hung, V., Zou, P., Rhee, H.W., Udeshi, N.D., Cracan, V., Svinkina, T., Carr, S.A., Mootha, V.K., and Ting, A.Y. (2014). Proteomic mapping of the human mitochondrial intermembrane space in live cells via ratiometric APEX tagging.Mol Cell55, 332-341. 10.1016/j.molcel.2014.06.003.

3. Dumrongprechachan, V., Salisbury, R.B., Soto, G., Kumar, M., MacDonald, M.L., and Kozorovitskiy, Y. (2021). Cell-type and subcellular compartment-specific APEX2 proximity labeling reveals activity-dependent nuclear proteome dynamics in the striatum.Nat Commun12, 4855. 10.1038/s41467-021-25144-y.

4. Soto, J.S., Jami-Alahmadi, Y., Chacon, J., Moye, S.L., Diaz-Castro, B., Wohlschlegel, J.A., and Khakh, B.S. (2023). Astrocyte-neuron subproteomes and obsessive-compulsive disorder mechanisms.Nature616, 764-773. 10.1038/s41586-023-05927-7.

5. van Niel, G., D'Angelo, G., and Raposo, G. (2018). Shedding light on the cell biology of extracellular vesicles.Nat Rev Mol Cell Biol19, 213-228. 10.1038/nrm.2017.125.

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