近日，松山湖材料實驗室副研究員魏裕雙、研究員元冰團隊攜手美國明尼蘇達大學藥學院教授龐宏博團隊發展出一種基于“鄰近標記技術”的高分辨蛋白質組學分析方法，首次在活細胞上原位、動態地描繪出納米顆粒與細胞膜接觸瞬間的界面蛋白質全景圖譜，并由此發現了一個此前被忽略的關鍵調控蛋白。相關成果發表于國際知名期刊《今日納米》（Nano Today）。
X-HRP（辣根過氧化物酶共價連接納米顆粒及配體）介導的鄰近標記示意圖。研究團隊供圖。
研究團隊巧妙地將一種名為辣根過氧化物酶（HRP）的工具酶共價連接至納米顆粒表面，構建了一種高精度的“蛋白照相機”。當攜帶HRP的納米顆粒與細胞膜接觸時，在特定底物存在的條件下，HRP會被激活并催化生成高度活潑的生物素-酚自由基。這些自由基的壽命極短，只能在其產生位置周圍1-20納米的極小范圍內，為鄰近的蛋白質打上“生物素標簽”。隨后，研究人員通過成熟的質譜分析技術，便能精準鑒定出所有被標記的蛋白質，從而繪制出納米顆粒-細胞界面的高分辨率蛋白質圖譜。該技術通用性強，可適配多種納米顆粒，并首次實現了在活細胞層面、納米尺度上對這一關鍵生物界面的原位解析。
利用這一先進工具，團隊聚焦于細胞內吞納米顆粒的一種重要途徑——巨胞飲作用。為系統比較不同機制的巨胞飲作用，研究團隊選擇了兩種代表性模型：其一是以細胞穿透肽（TAT）和腫瘤穿透肽（RPAR）修飾的納米顆粒，它們通過與細胞表面受體結合來啟動內吞，代表了受體依賴型巨胞飲；其二是以經典的葡聚糖（Dex）作為示蹤物，代表了無需特異性識別的傳統型巨胞飲。
蛋白質組學圖譜分析結果揭示了兩種模式間的差異。受體依賴型巨胞飲的界面蛋白質組富集到了211種獨特蛋白，功能注釋顯示它們主要參與信號轉導、細胞運動與遷移等主動調控過程。相比之下，傳統型巨胞飲的界面僅富集到73種獨特蛋白，功能更集中于細胞黏附等相對基礎的過程。兩者共享的蛋白僅有23種，這有力地證明了兩種巨胞飲亞型在分子機器的構成上存在本質區別，是兩個截然不同的生物學過程。
更重要的是，在這份詳盡的蛋白質圖譜中，一個名為鈣粘蛋白1（CDH1）的蛋白引起了團隊的注意。功能驗證實驗證實，CDH1并非納米顆粒的直接結合受體，但它扮演著至關重要的“協作者”角色。通過基因敲低或敲除技術使細胞缺失CDH1后，多種納米顆粒的細胞內吞效率均出現顯著下降。電子顯微鏡等深入研究表明，CDH1在穩定納米顆粒-受體復合物、促進膜皺褶形成以及內吞囊泡生成等多個環節中發揮著關鍵的輔助作用，如同一個確保內吞過程順利進行的“穩定器”和“協調者”。
該研究的核心創新在于，成功地將鄰近標記技術應用于外源性納米材料與細胞的相互作用研究中，為系統性解析納米-生物界面的蛋白質網絡提供了強有力的工具。這項工作不僅揭示了不同巨胞飲作用亞型在界面蛋白組成上的巨大差異，還發現并驗證了CDH1作為一類非受體膜蛋白對納米顆粒內吞的關鍵調控功能，深化了我們對細胞內吞分子機制的認知。
該研究成果為精準設計更高效的納米遞送系統、篩選新的藥物靶點提供了有效策略和全新視角，為納米醫學的發展開辟了新路徑。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.nantod.2025.102865