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  2025年8月30日，清華大學藥學院儲凌、秦為課題組在《Nature Communications》期刊發(fā)表了題為“Silicon-rhodamine-enabled Identification for Near-Infrared Light Controlled Proximity Labeling In Vitro and In Vivo”的研究論文。本研究開發(fā)了一種基于硅羅丹明（SiR）的近紅外光控鄰近標記技術（SeeID），通過巧妙整合硅羅丹明的熒光與光催化特性，成功連接了熒光成像與鄰近標記技術，為活細胞與體內動態(tài)蛋白質互作組研究提供了全新工具。

  在現(xiàn)代生命科學研究中，蛋白質的動態(tài)變化與相互作用是理解細胞功能、疾病機制的核心。熒光成像技術雖能以超高時空分辨率追蹤蛋白質定位與動態(tài)，卻無法揭示成像背后的分子互作網絡；傳統(tǒng)鄰近標記技術（PL）雖能通過質譜分析捕獲蛋白質互作組，卻只能提供單時間點的 “快照”，且難以實現(xiàn)實時動態(tài)追蹤。這一技術鴻溝嚴重制約了對復雜生物學過程的深入解析。為此，清華藥學院儲凌、秦為課題組合作開發(fā)了一種基于硅羅丹明（SiR）的近紅外光控鄰近標記技術（SeeID），成功填補了這一空白，實現(xiàn)了活細胞與體內環(huán)境下 “成像追蹤 - 互作分析” 的一體化研究。

圖1. SeeID的體外驗證

       在細胞水平，研究團隊優(yōu)化了標記條件，篩選出標記效率最高的炔基探針 3-EA，并對細胞核（NLS）、內質網（Sec61β）、線粒體（TOMM20）、溶酶體（LAMP1）等多種細胞器的特異性蛋白質組進行表征（圖2）。共聚焦成像顯示，SeeID 標記信號與細胞器標志物的皮爾遜相關系數(shù)（PCC）達 0.83-0.94，表明其極高的空間特異性；Western blot 與質譜分析進一步證實，不同細胞器的標記蛋白呈現(xiàn)出顯著的差異模式，且內質網膜（ERM）蛋白質組分析中，SeeID 成功鑒定出 284 種高置信度內質網膜蛋白，其中 90% 為已知分泌途徑蛋白，特異性媲美 miniSOG、TurboID 等主流鄰近標記技術，且優(yōu)于 APEX2（圖3）。

圖2. SeeID用于活細胞標記

圖4. SeeID用于分析KRAS互作蛋白組

 SeeID 的另一重要突破在于實現(xiàn)了動態(tài)蛋白質互作組的追蹤，研究團隊以 PINK1/Parkin 介導的線粒體自噬（mitophagy）為模型展開探索（圖5）。線粒體自噬是細胞清除受損線粒體的關鍵過程，Parkin 的 translocation 與動態(tài)互作是其核心調控環(huán)節(jié)。研究使用小分子 BL-918 誘導 Parkin translocation，通過活細胞成像實時追蹤到：0 h 時 Parkin 彌散分布于胞質，2 h 時形成囊泡樣聚集并開始向受損線粒體遷移，4 h 時完全定位于線粒體（PCC 從 0.44 升至 0.85）。同時，在這三個時間點通過 SeeID 捕獲 Parkin 的互作組，發(fā)現(xiàn) 2 h 時 45 種蛋白酶體復合物相關蛋白中有 29 種的豐度顯著上升（Ratio>1.5），而 4 h 時豐度下降。這一動態(tài)變化表明，泛素 - 蛋白酶體系統(tǒng)在 mitochondrial 自噬早期即參與受損線粒體蛋白的降解，此前尚未有研究通過鄰近標記技術揭示這一動態(tài)過程，凸顯了 SeeID 在動態(tài)生物學過程研究中的獨特價值。

圖5.基于熒光成像的Parkin動態(tài)蛋白互作組分析

  近紅外光的深組織穿透性是 SeeID 的重要優(yōu)勢，研究團隊進一步驗證了其在體內的應用潛力——小鼠大腦的時空可控鄰近標記。通過立體定位注射，將攜帶 Halo-TM（細胞膜靶向 Halo 標簽蛋白）的 AAV 病毒導入小鼠海馬體與視覺皮層，待病毒表達 2-3 周后，在急性腦切片中，1 μM SiR-CA 與 500 μM BA 處理結合 660 nm LED 照射，可在海馬體區(qū)域觀察到強烈的特異性標記信號；而在在體實驗中，向小鼠視覺皮層注射 SiR-CA 與 BA 后，經 30 分鐘 660 nm LED 照射，標記深度可達約 2 mm，且質譜分析鑒定出 60 種富集蛋白，其中 62% 與膜、囊泡或細胞外基質相關，包括神經遞質受體（Gabra2、Gria1）、神經細胞黏附分子（Ncam1）等突觸相關蛋白，證實了 SeeID 在體內深層組織中研究特定區(qū)域蛋白質互作的能力。