化学蛋白质组学：原理、方法与应用

在现代蛋白质组学研究中，DDA、DIA 和 PRM 等数据依赖或靶向采集策略已广泛用于揭示蛋白的表达谱和丰度变化。然而，这些方法更多侧重于蛋白质的“存在”与“数量”，难以直接反映蛋白质的功能状态，例如酶活性、药物结合位点或构象变化等生物学特征。为弥补这一空白，化学蛋白质组学（Chemical Proteomics）应运而生。它通过引入“反应性探针”或“可点击修饰基团”，结合质谱技术，实现对活性蛋白、功能位点或潜在药物靶点的选择性标记和精准分析，已成为新药研发与功能蛋白研究的工具。

 

一、化学蛋白质组学的基本原理

 1、什么是化学蛋白质组学？

化学蛋白质组学是一种将小分子化学探针与蛋白质组学结合的研究策略，利用共价反应、特异性亲和力或生物正交化学对目标蛋白进行标记、富集和质谱检测，从而识别蛋白的活性状态、修饰位点或药物结合靶点。

 

2、三大关键要素

（1）功能性化学探针：特异识别某类蛋白或活性位点（如丝氨酸酯酶、半胱氨酸酶）

（2）选择性修饰反应：如亲核加成、点击反应（click chemistry）

（3）高分辨质谱分析：对修饰蛋白或肽段进行定性与定量

 

二、主流策略与方法分类

1、活性位点标记法（Activity-Based Protein Profiling, ABPP）

• 利用共价探针选择性标记酶活性位点，常用于功能酶组的检测与抑制剂筛选；

• 探针结构通常包含识别基团、反应基团和可富集标签；

• 应用于酯酶、蛋白酶等的活性谱绘制与新型抑制剂开发。

 

2、靶向共价抑制剂的靶点谱分析

• 将小分子抑制剂设计为带有化学探针功能的结构单元；

• 结合竞争结合实验与点击化学实现与靶蛋白的共价捕获；

• 用于验证药物作用机制、评估脱靶效应。

 

3、基于可反应残基的通用标记法

• 利用通用反应基团（如IA-alkyne标记Cys残基）标记蛋白质表面活性位点；

• 适合研究构象变化、配体结合后残基可及性变化等；

• 可用于热转移谱图等蛋白稳定性研究。

 

4、化学标记结合定量质谱（化学定量蛋白质组学）

• 与SILAC、TMT、iTRAQ等定量方法结合，实现不同处理条件下修饰程度的相对或绝对比较；

• 支持时间序列分析、多组实验条件比较；

• 常用于药物处理、应激反应、代谢干扰等动态过程研究。

 

三、化学蛋白质组学的优势与特色

 



 

四、典型应用场景

1、First-in-class 药物靶点发现

针对不具有“经典靶点特征”的新型小分子药物，可通过共价探针与化学蛋白质组学确定其直接作用靶标，识别不可药靶化蛋白的新功能面。

 

2、共价抑制剂的靶点验证与脱靶评估

可直接观察小分子与哪些蛋白共价结合，从而评估潜在毒性风险、筛选更具选择性的结构。

 

3、功能蛋白组与活性酶图谱绘制

如在不同组织、疾病状态下，对酯酶、蛋白酶等关键酶类活性进行全景式扫描。

 

4、解析小分子诱导构象变化与残基可及性

通过蛋白质修饰谱的变化，推断小分子如何影响蛋白构象，预测“调节位点”，实现精细调控。

 

百泰派克生物科技具备从探针设计 → 反应体系优化 → 蛋白富集 → 质谱分析 → 数据解读的全流程服务能力：

• 多类型化学探针平台：支持市售探针与定制合成（含生物正交修饰）

• 高灵敏质谱系统：搭载Orbitrap Exploris 480 与 TripleTOF平台，保证检测灵敏度

• 靶点挖掘+通路分析：配套高通量生信分析，识别显著富集靶点及其生物功能

 

化学蛋白质组学在后基因组时代为功能蛋白研究与药物机制探索提供了精细化、可操作的研究路径。通过构建选择性标记体系与质谱检测平台，该策略能够深入揭示蛋白的活性状态与动态互作，已广泛应用于肿瘤、免疫、代谢等领域的前沿研究与药物开发中。未来，随着探针多样性扩展、定量手段升级和AI辅助分析能力增强，化学蛋白质组学将在精准医学与创新药物研发中扮演愈发重要的角色。

 

百泰派克生物科技——生物制品表征，多组学生物质谱检测优质服务商

 

相关服务：

化学蛋白质组学