2026年7月27日，清华大学药学院秦为课题组在RSC Chemical Biology杂志上发表了题为“Non-specific cysteine modifications on proteins induced by trans-cyclooctene”的研究论文。1该论文由“RSC Chemical Biology Emerging Investigators”专栏邀请发表。该论文意外发现了用于“点击反应”的反式环辛烯对蛋白半胱氨酸残基的非特异性修饰，并评估了在活细胞场景中非特异性修饰的可能影响。研究结果指出了提高“点击反应”准确性与效率的必要性，以实现更精准的生物学应用。
科研进展
反式环辛烯（trans-cyclooctane, TCO）是一种生物相容性“点击化学”官能团，可通过逆电子需求D-A（inverse electron demand Diels-Alder, iEDDA）反应与1,2,4,5-四嗪（tetrazine）衍生物发生反应。该“点击”反应无需催化剂，且动力学速率极快，已被广泛应用于活细胞和动物的生物分子标记与成像。携带TCO基团，可经四嗪处理激活的生物正交前药已进入临床评估阶段。
然而，“点击化学”基团固有的反应性可能会导致非特异性蛋白质修饰，进而影响正常生理过程。已有研究表明，炔烃、二苯并环辛炔与四嗪基团均可能导致蛋白质组内的非特异性反应。研究这些“点击化学”基团在蛋白质组内的反应性，对于理解其在活体中的潜在副作用以及优化其生物学应用场景至关重要。目前，TCO在蛋白质组中的反应性尚未得到系统评估。
研究内容
课题组在开发不依赖H₂O₂的APEX2邻近标记过程中2，观察到添加TCO-生物素探针的对照组表现出约占标记信号10%的背景生物素化，表明TCO探针对细胞蛋白质组存在非特异性标记（图1）。这种非特异性标记依赖于探针处理的浓度和持续时间，且在低至 5-10 μM 的浓度下即可检测。该研究进一步拓展了TCO探针的种类，证明蛋白非特异性修饰现象的普遍性。TCO 探针还可以与牛血清白蛋白（BSA）等多种蛋白反应，证实该非特异性标记不依赖于细胞内酶活性。
该研究利用TCO探针与半胱氨酸类似物（谷胱甘肽、N-乙酰半胱氨酸）的小分子反应、碘乙酰胺与TCO探针对蛋白质组的竞争反应以及液相色谱-质谱/质谱（LC-MS/MS）修饰位点鉴定等多种手段，确认TCO探针对蛋白质半胱氨酸的修饰。
图1 TCO探针对细胞蛋白质组的非特异性标记
随后，该研究进行化学蛋白质组学分析，通过鉴定活细胞中被TCO-生物素探针标记的蛋白质靶标，以评估反应对细胞稳态可能产生的影响。（图2）实验鉴定出 205 种蛋白质在探针标记后的显著富集。对这些蛋白质的基因本体论（GO）分析显示，富集蛋白与翻译和剪接体 snRNP 组装等生物过程有关，富集蛋白中有 65.4%为 RNA 结合蛋白。此外，TCO探针还会标记包括GTP酶、激酶以及泛素相关酶等多种类型的酶。GO分析还显示胞质蛋白和线粒体蛋白的富集，这些线粒体蛋白之间存在高度的相互连接，主要参与线粒体翻译和氧化磷酸化。TCO修饰对这些通路的影响值得进一步研究。
图2 使用TCO-生物素探针进行化学蛋白质组学分析
综上，该论文研究了反式环辛烯对蛋白半胱氨酸残基的非特异性修饰，并评估了探针在活细胞应用中非特异性修饰可能造成的影响。研究结果指出了提高“点击反应”准确性与效率的必要性，以拓宽其在各种生物学场景下的应用范围，并实现对生物系统的更精确探究。
结语与致谢
清华大学药学院秦为副教授为本文的通讯作者。清华大学药学院一年级博士生鄢至键为论文的第一作者。秦为课题组得到了国家高层次海外人才计划，国家重点研发计划青年科学家项目，国家自然科学基金重大研究计划培育项目，面上项目，北京市自然科学基金青年重点项目，清华-北大生命科学联合中心，清华大学笃实计划，深圳市医学研究基金等基金支持。
另外，秦为课题组近期受邀发表了多篇综述论文，总结了邻近标记相关领域的最新进展。分表发表于Curr. Opin. Chem. Biol（博士毕业生郭弘扬为第一作者）3，Chemical & Biomedical Imaging（二年级博士研究生龚恩泽和本科生谢雅兰为共同第一作者）4，以及Mol Cell Proteomics（与上海生化细胞所韩硕研究员，北京大学邹鹏教授合作撰写，课题组博士毕业生孙雪歌为共同第一作者）5以及Mol Cell Proteomics（与美国Genentech公司Tess Branon和Broad Institute的Namrata Udeshi合作撰写）6。
参考文献：
(1) Yan, Z.#; Qin, W.* Non-specific cysteine modifications on proteins induced by trans-cyclooctene. RSC Chem. Biol. 2026. https://doi.org/10.1039/d6cb00166a.
(2) Chen, B.#; Guo, H.#; Yan, Z.; Lu, W.; Li, C.; Xu, S.; Zhang, Y.; Guo, H.; Sun, S.; Sun, X.; Zhao, S.; Shangguan, Q.; Chen, Y.; Lu, L.; Wu, Z.; Chen, Y.*; Qin, W.* In vivo-compatible spatial multi-omics via hydrogen peroxide-independent APEX2 labeling. bioRxiv 2026. https://doi.org/10.64898/2026.03.13.711744.
(3) Guo, H.#; Qin, W.* In vivo-compatible proximity labeling technologies. Curr. Opin. Chem. Biol. 2026, 92, 102667. https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2026.102667.
(4) Gong, E.#; Xie, Y.#; Qin, W.* Mechanisms and Applications of Photocatalytic Proximity Labeling. Chem. Biomed. Imaging 2026. https://doi.org/10.1021/cbmi.5c00276.
(5) Wang, G.#; Liu, J.#; Sun, X.#; Qin, W.*; Han, S.*; Zou, P.* Recent Advances in Proximity Labeling-Based Subcellular Proteomic Mapping. Mol. Cell. Proteomics 2026, 25 (3), 101520. https://doi.org/10.1016/j.mcpro.2026.101520.
(6) Branon, T. C.*; Qin, W.; Udeshi, N. D.* From Vision to Reality: A Perspective on the Innovative and Collaborative Forces That Evolved Proximity Labeling. Mol. Cell. Proteomics 2025, 24 (9), 101045. https://doi.org/10.1016/j.mcpro.2025.101045.
秦为 清华大学药学院
秦为博士2014年本科毕业于北京理工大学生命学院，2019年毕业于北京大学前沿交叉学院，获博士学位。博士期间师从北京大学化学与分子工程学院王初教授和陈兴教授，发展了一系列化学蛋白质组学策略研究O-GlcNAc糖基化修饰和衣康酸修饰。2019年到2023年在美国斯坦福大学从事博士后研究工作，合作导师为著名化学生物学家Alice Y. Ting教授, 从事邻近标记等化学生物学研究。在此期间发展了具有时空分辨率的功能性邻近标记技术，实现亚细胞区域内特定蛋白类型的大规模分析。同时发展了针对蛋白质空间动态转运的新型邻近标记技术TransitID，并利用该方法首次实现了细胞内不同细胞器之间以及细胞细胞之间蛋白转运的大规模分析。秦为博士于2023年3月加入清华大学药学院展开独立研究，研究方向为发展化学生物学和蛋白质组学技术，以及探索宿主病原体相互作用界面中生物大分子的动态修饰和相互作用。
科研动态