💡这项突破是什么?
蛋白质是生命活动的执行者，其功能与定位密切相关。然而，在活体动物体内，对蛋白质进行原位标记和功能解析一直是生命科学领域的重大挑战。近日，北京大学李默教授团队在《分子细胞》（Molecular Cell）杂志上发表题为“In vivo proximity labeling (IVPL) enables spatiotemporal proteomic mapping in live animals”的研究论文，报道了一种名为IVPL（体内邻近标记）的新技术。该技术首次实现了在活体小鼠中对特定细胞类型（如神经元）的蛋白质进行原位标记，并通过质谱分析揭示了这些蛋白质的动态变化与功能。
IVPL技术基于经典的APEX邻近标记技术，通过基因工程手段将APEX2酶特异性地表达在目标细胞中（如神经元）。当给予小鼠特定的化学底物（如生物素酚）时，APEX2酶会在活体状态下，在其周围约20纳米范围内对邻近的蛋白质进行生物素标记。随后，研究人员可以提取目标细胞，利用质谱技术鉴定被标记的蛋白质，从而绘制出该细胞在特定生理或病理状态下的蛋白质邻近图谱。
研究团队将IVPL技术应用于神经系统，成功在小鼠脑中对神经元进行了原位蛋白质标记。他们发现，在神经元中，IVPL能够标记到包括突触蛋白、离子通道、信号转导分子等多种关键功能蛋白。更重要的是，通过比较正常小鼠和疾病模型小鼠（如阿尔茨海默病模型）的IVPL图谱，研究团队揭示了疾病状态下神经元蛋白质网络的动态变化，例如某些突触相关蛋白的标记强度显著降低，而应激反应蛋白的标记增加。这些变化为理解疾病机制提供了全新的分子视角。
IVPL技术的另一大优势是其时空特异性。通过控制底物给药时间，研究人员可以实现对蛋白质动态过程的“快照”式捕捉。例如，在给予神经元激活刺激后立即进行IVPL标记，能够捕获到瞬时发生的蛋白质相互作用变化，这对于理解神经信号的快速传递过程至关重要。
此外，IVPL技术还具有广泛的适用性。研究团队展示了该技术不仅适用于神经元，还可以扩展到其他细胞类型，如胶质细胞、心肌细胞等。通过将APEX2酶与不同的细胞特异性启动子结合，IVPL有望实现对多种组织、器官中特定细胞的原位蛋白质解析。
北京大学李默教授表示：“IVPL技术将蛋白质邻近标记从细胞培养皿推向了活体动物，使我们能够在更真实的生理环境下研究蛋白质的功能与相互作用。这就像为蛋白质世界安装了一个‘体内GPS’，让我们能够实时定位并解析它们在生命活动中的角色。”
该技术的开发为生命科学研究提供了强大的新工具。它不仅有助于深入解析大脑等复杂器官的蛋白质网络，还将推动疾病机制研究、药物靶点发现以及新型治疗策略的开发。例如，在阿尔茨海默病研究中，IVPL揭示的蛋白质动态变化可能指示新的病理环节，为药物干预提供新思路。
IVPL技术有望在未来快速扩展到心脑血管疾病、自身免疫病、代谢性疾病以及组织再生与衰老等多个领域，推动我们真正走向“在体内、在原位、在真实微环境下理解蛋白质和疾病”的新阶段。
北京大学第三医院王琪龙、北京市朝阳医院姜月宁、北京大学第三医院毕美玉为该论文共同第一作者。北京大学李默教授为通讯作者。该研究受国家自然科学基金委交叉学部“杰出青年”基金、卓越研究群体、北京市自然科学基金重点项目等资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.molcel.2025.11.008
Ref:
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来源：北京大学前沿交叉学科研究院
