2026年6月，中国科学院化学研究所研究团队在《德国应用化学》发表STePTag技术，首次实现了在活体动物水平上对特定组织分泌进入血液的蛋白质进行30分钟原位生物素标记和鉴定。这一里程碑式成果解决了分析化学与化学生物学领域长期存在的核心难题。

一、技术背景：活体分泌蛋白标记为何困难？

分泌蛋白是细胞间信息交流的核心信使，在器官通讯、疾病诊断中发挥关键作用。然而，对它们进行活体原位标记面临三大挑战：

1. 高度稀释：蛋白质分泌入血后被数千种蛋白质高度稀释，如同大海捞针。传统方法难以从复杂血液背景中特异性富集目标器官来源的蛋白。

2. 来源不明：现有方法无法区分"哪个蛋白来自哪个器官"。血液中的蛋白质可能来自肝脏、肾脏、肌肉等多种组织，缺乏组织特异性的标记手段。

3. 模型局限：传统转基因动物模型建立周期长（通常需要数月）、成本高、物种适用性窄。仅在小鼠中可行，难以推广至大鼠、非人灵长类等模型。

二、STePTag核心创新：开关化TurboID

研究团队对TurboID生物素连接酶进行了革命性的"开关化"改造，构建了STePTag融合蛋白系统。

2.1 融合酶设计

STePTag由两个功能模块融合构成：

• TurboID：高效生物素连接酶，催化生物素活化并标记邻近蛋白

• DHFR（二氢叶酸还原酶）：来自大肠杆菌，作为"开关"控制TurboID的稳定性

2.2 TMP调控开关机制

STePTag的精妙之处在于利用DHFR的稳定性调控实现"开关化"控制：

• 关闭状态：在无TMP（甲氧苄啶）条件下，DHFR构象不稳定，STePTag融合蛋白被细胞蛋白质质量控制体系识别并降解，TurboID不发挥标记活性

• 开启状态：加入TMP后，TMP与DHFR结合使其稳定化，TurboID随之稳定表达并被激活，催化邻近蛋白的生物素化标记

这种设计实现了标记过程的精确时空调控——只在需要的时间和地点激活标记活性，显著降低了背景噪音。

2.3 LNP递送策略

STePTag的另一大创新是采用mRNA+LNP（脂质纳米颗粒）递送策略，而非传统转基因方法：

LNP将STePTag mRNA递送至小鼠靶器官（肝脏），mRNA在细胞内翻译为STePTag融合蛋白后，加入TMP即可激活标记活性。

三、实验流程与关键成果

3.1 标记流程

1. LNP递送：将STePTag mRNA包载入LNP，通过尾静脉注射递送至小鼠肝脏

2. 蛋白表达：mRNA在肝细胞内翻译为STePTag融合蛋白（24-48小时）

3. TMP激活：注射TMP，稳定DHFR并激活TurboID

4. 生物素标记：注射生物素底物，30分钟内完成肝脏分泌蛋白的原位生物素化

5. 富集鉴定：采集血液，使用链霉亲和素磁珠富集生物素化蛋白，进行质谱鉴定

3.2 核心研究成果

通过STePTag技术结合蛋白质组学分析，研究团队取得了以下成果：

生理条件下的发现：

• 鉴定出93种肝脏来源的分泌蛋白

• 其中包含多种此前未被报道具有分泌特征的蛋白

• 为肝脏分泌组图谱提供了高质量数据

疾病模型中的应用：

• 在急性肝损伤模型中，捕获了40种动态变化的肝脏分泌蛋白

• 解析了醛脱氢酶（ALDH）分泌在药物性肝损伤中的保护作用机制

• 为新型肝损伤生物标志物的发现提供了强大工具

四、技术优势对比

五、对生物素标记行业的影响

STePTag技术的突破具有深远的行业影响：

1. 活体标记走出细胞：邻近标记正式从细胞水平进入器官乃至整体动物水平，极大拓展了应用场景。

2. mRNA+LNP策略降低门槛：无需构建转基因动物即可实现组织特异性标记，使该技术在非模式生物中的应用成为可能。

3. 生物素-链霉亲和素系统地位巩固：再次证明了生物素-链霉亲和素系统在活体标记中不可替代的地位，从基础研究到临床转化均有广阔前景。

4. 生物标志物发现新工具：为器官特异性分泌蛋白的发现提供了高效工具，有望加速疾病诊断标志物的开发。

六、试剂需求

STePTag及相关邻近标记技术的推广持续带动以下试剂需求：

• 生物素（标记底物）：标准试剂即可满足，无需特殊底物

• TMP（甲氧苄啶）：DHFR稳定剂，调控标记开关

• 链霉亲和素磁珠：用于标记蛋白的富集纯化

• 生物素化探针定制：biotin-PEG-NHS等标记底物的定制合成

• LNP试剂：mRNA递送用脂质纳米颗粒

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