ABPP探针合成与活性验证：从结构设计到质控全攻略（二）

引言

上篇我们把光亲和ABPP探针的三段式结构掰开揉碎聊了一遍 —— 弹头选哪个、Linker多长合适、报告标签走哪条路线，这些设计层面的门道，只要耐心琢磨，总能找到最优解。但说实话，设计再完美的探针，只要没经过系统验证，在我心里就是个“半成品”。

我们组早年有一批探针，设计时各种模拟数据都显示“完美”，结果拿去做标记实验，凝胶上一片糊，竞争实验完全做不出来，富集到的蛋白里一半是角蛋白一半是肌动蛋白，靶点影儿都没见着。后来才发现，问题的根源不是设计出了岔子，而是我们没做系统的活性验证。

所以下篇，我们从表型到细胞摄取，从标记效率到特异性竞争，每一层怎么操作、怎么看结果、出了问题怎么排查，一起聊到位。希望能帮你们提前排雷，少走几段弯路。

一、 探针活性验证：高分文章的质控关键

探针合成出来了，先别急着约质谱。翻翻近几年的高分ABPP文章，无一例外都在正文或补充材料里给出了系统的探针验证数据。这不仅是给审稿人看的“面子工程”，更是为了确保你后续所有标记和富集结果都是可信的、可重复的。

下面这套验证体系，我把它分成四个维度：

1. 表型水平验证：活性保留的第一道关卡

探针设计的第一原则是什么？不是“标记效率越高越好”，而是 “修饰后的探针不能丢了母体分子的生物学活性”。如果探针因为结构改动而彻底失去了对靶蛋白的结合能力或功能调控效应，那后面你标记到的所有蛋白，十有八九跟真正的靶点半毛钱关系都没有。

拿到探针后的第一件事，就是平行比较探针与母体分子在细胞层面的表现，核心就盯着三个维度：

▶ 细胞活力/毒性：CCK-8或MTT走一波，看看探针和原药在相同浓度梯度下对细胞增殖或存活的影响有多大差距。我的经验是：IC50的差异最好控制在5倍以内，如果超过10倍，说明修饰已经严重影响了结合能力，基本可以准备做下一批了。

▶功能表型：根据你的研究体系挑最特异的指标。抗炎药就看TNF-α、IL-6这些炎症因子的分泌；抗肿瘤药就看凋亡率、细胞周期分布；代谢药就看葡萄糖摄取或乳酸分泌。探针必须能复现母体分子至少60%～80%的功能效应，否则后面数据做出来也很难解释。

▶靶点通路抑制：Western Blot看靶蛋白下游信号通路变化。这一步比单纯看细胞活力更有说服力——它能直接告诉你探针是否真的“拨动了”靶点对应的那条信号通路。

【常见误区】

有人觉得“探针只要能标记到蛋白就行，活性差一点没关系”。这个想法极其危险，如果探针的活性比母体分子差了100倍，说明它的结合模式已经严重变形，你富集到的蛋白大概率是探针在“乱枪打鸟”时粘上的非特异性蛋白，跟真正的药理靶点根本不沾边。表型验证是第一道闸门，过不了这一关，后面做得再精致都是虚的。

万一探针活性真的大幅下降怎么办？

别慌，按优先级排查：先看看是不是Linker太短，报告标签的空间位阻“怼”到了结合位点——换成PEG类长Linker试试。其次考虑换修饰位点，可能你选的连接位置恰好是配体与靶蛋白结合的关键区域（比如氢键供体位点）。如果以上都无效，果断转“两步法”策略（炔烃+点击化学）—— 把大体积的报告标签挪到标记后再加，很多时候能起死回生。

2. 细胞摄取与分布验证：荧光成像视角

表型实验通过了，只能说明“探针在细胞层面有效果”，但它到底进没进细胞、进了之后去了哪儿，这个问题表型数据回答不了。

验证方法一：荧光标记探针直接成像

合成带荧光基团的探针（或者在炔烃探针上点击荧光染料），孵育活细胞后上共聚焦显微镜：

① 看摄取效率。

不同浓度、不同时间点下，细胞内荧光强度如何？如果信号弱得可怜，基本就是通透性不行——这时候优先考虑降低探针极性（去掉多余的极性基团）或增加脂溶性。如果信号强但集中在细胞膜上不进去，说明探针卡在膜上了，可能需要调整Linker的亲水性。

② 看分布模式。

荧光主要在细胞质、细胞核还是特定细胞器？如果你的靶蛋白是胞内蛋白，但探针只停留在细胞膜上，那后续的标记实验肯定效果不好。这种情况下可以考虑在Linker上加一个核定位信号，或者换用更亲脂的探针结构帮助穿膜。

③ 跟靶蛋白共定位。

如果有靶蛋白的抗体或荧光融合蛋白，做共定位——探针信号和靶蛋白信号重叠得越好，越说明探针确实奔着靶点去的。

验证方法二：流式细胞术定量

共聚焦看图好看，但定量不精确。流式细胞术可以给每个细胞打分，客观比较不同探针、不同浓度、不同时间点的摄取效率差异，数据更硬。

3. 标记效率验证：从凝胶荧光到质谱定量

表型也过了，细胞也进了，接下来该回答最核心的问题：探针到底能不能有效地标记靶蛋白？标记的信号够不够强、够不够干净？

方法一：凝胶荧光成像——快速初筛（最常用）

这是每个ABPP实验室的日常操作，流程不复杂：

① 探针与细胞裂解液或活细胞孵育 → UV照射交联；

② 点击荧光染料（比如TAMRA-N₃）；

③ SDS-PAGE跑胶；

④ 荧光凝胶成像系统扫描，看条带。

怎么看结果：

▶条带数量：如果凝胶上几乎看不到条带，说明标记效率极低，需要优化探针浓度、UV 照射时间或点击反应条件。

▶条带模式：高质量的探针应该呈现出清晰、可重复的条带模式，而不是一片模糊的涂抹状信号（后者通常意味着大量非特异性标记）。

▶浓度梯度：设置探针浓度梯度（如 0.1、0.5、1、5、10 μM），观察标记信号是否随浓度增加而增强，并找到饱和标记浓度。

方法二：Western Blot验证已知靶点

如果你的母体分子有已知的靶蛋白（文献里报道过的），那就好办了。探针标记、富集后，Western Blot检测该靶蛋白是否被有效富集。

方法三：定量蛋白质组学

对于更系统的验证，可以采用定量质谱来评估探针的标记效率和特异性。通过比较探针标记组与对照组的蛋白丰度，可以定量计算每个蛋白的富集倍数。

4. 竞争实验：结合特异性的金标准

前面三步验证，回答的是“探针能不能用”。而竞争实验回答的是“探针标记的蛋白到底是不是特异性的”。

▶实验原理：如果探针是通过特异性结合靶蛋白的活性位点来实现标记的，那么过量的母体分子应该能够竞争性地占据这些结合位点，从而显著抑制探针的标记信号。反之，如果某个蛋白的标记信号不能被母体分子竞争掉，说明它很可能是非特异性结合蛋白。

▶标准实验设计：

▶关键参数怎么设：

① 竞争剂浓度：我们一般用探针浓度的10～100倍。比如探针1μM，竞争剂就设10μM（10×）和100μM（100×）两个浓度一起跑。浓度越高竞争越彻底，但也要注意过高浓度的母体分子可能引起非特异性效应，导致假竞争。

② 预孵育时间：母体分子必须比探针先加进去，预孵育至少30分钟，最好1小时，让它充分占住结合位点，再加入探针进行标记。时间太短竞争效果打折扣。

▶怎么看结果：

① 特异性靶点：标记信号被竞争剂显著抑制（通常抑制率 > 50%）的蛋白，很可能是探针的特异性结合蛋白。

② 非特异性结合蛋白：标记信号基本不受竞争剂影响的蛋白，通常为非特异性结合，后续数据分析中应予以排除。

③ 剂量依赖性：更严谨的做法是设置竞争剂的浓度梯度（如 1 倍、10 倍、100 倍），观察标记信号的抑制是否呈现剂量依赖性 —— 这是特异性结合的有力证据。

二、 实战建议与常见坑点

理论讲完了，接下来聊聊实战中每个做ABPP的人几乎都会遇到的问题。

1. 探针合成阶段

2. 标记实验阶段

3. 数据解读阶段的常见问题

结语

整套方案是我们实验室这些年的实战总结，希望能帮你们把探针开发的路走得更顺一些。

ABPP实验，七分靠探针，三分靠运气 ——而那三分运气，往往就藏在别人懒得做的验证细节里。表型验证、细胞摄取、标记效率、竞争实验，每一步都做到位，你的数据自然经得起审稿人和同行检验。祝大家探针一次合成成功，胶图条带清晰，靶点一抓就中，少熬几个夜，多出好数据。

探针验证做扎实了，靶点候选名单拿到手了，但这些候选蛋白里，到底哪个才是药物真正作用的核心靶点？常规的GO/KEGG分析给不了答案，你需要的是一套能直接从差异蛋白里“揪出”转录因子、激酶、受体和已知药物靶点的分析方案，还得把“药物-靶点-差异蛋白”的调控网络给画清楚。下面这套谱度众合的药物机制蛋白质组学解决方案，正好能接上这一步：

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参考资料

1. Schnalzer D, Savic V, Cziegler C, Schnirch M, Mihovilovic MD. Diazirines beyond photoaffinity labeling: a comprehensive overview of applications in biological sciences, materials chemistry, and NMR-spectroscopy. Angew Chem Int Ed Engl. 2025;e14105. doi:10.1002/anie.202514105

2. Burton NR, Kim P, Backus KM. Photoaffinity labelling strategies for mapping the small molecule-protein interactome. Org Biomol Chem. 2021;19:7792-7815. doi:10.1039/d1ob01353j

3. Fang H, Peng B, Ong SY, Wu Q, Li L, Yao SQ. Recent advances in activity-based probes (ABPs) and affinity-based probes (AfBPs) for profiling of enzymes. Chem Sci. 2021;12:8288-8310. doi:10.1039/d1sc01359a

4. MacKinnon AL, Taunton J. Target identification by diazirine photo-affinity labeling using click chemistry. Curr Protoc Chem Biol. 2009;1(1):55-73. doi:10.1002/9780470559277.ch090213