中国科学院上海有机化学研究所陈以昀研究员（生命过程小分子调控全国重点实验室）与张耀阳研究员（生物与化学交叉中心）、联合复旦大学王任小教授团队，在生物正交标记技术领域取得重要进展。研究团队发展出可见光驱动的酮基自由基偶联新策略，首次在活细胞实现了蛋白质的原子级精度标记与交联。该方法通过可见光催化高效生成稳定的二芳基酮自由基，有效规避了传统紫外激发技术因高能光照导致的选择性差、副反应多及背景干扰强等固有缺陷，显著提升了标记特异性与生物相容性。此项研究为解析活细胞内蛋白质动态互作与功能提供了高精度、低扰动的新一代化学工具，相关成果发表于《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc. 2025, DOI: 10.1021/jacs.5c18652）。

创新机制：突破传统自由基反应局限

研究团队系统解析了传统紫外激发交联技术的核心瓶颈：其产生的三线态双自由基（高活性且难以调控的反应中间体）易引发环加成和氢原子攫取等副反应，导致非特异性交联和生物分子损伤。基于陈以昀课题组在光催化温和生成酮基自由基（Angew. Chem., Int. Ed. 2016）、蛋白质标记（JACS Au 2021）、脂质标记（Nat. Chem. 2025）及核酸标记（Chin. J. Chem. 2025）等领域的系统性研究积累，团队经过多年攻关，成功构建了新型可见光催化体系。该体系可在中性水溶液中高效生成稳定的二芳基酮自由基，首次实现了生物正交条件下的精准频哪醇偶联。这一创新策略将副反应发生率从传统方法的>20%显著降至5%以下，从根源上提升了蛋白质交联的特异性与生物相容性。

图1 可见光催化机制突破：从非特异性副反应（左）到精准自由基偶联（右）

技术颠覆性：操作简化的高效交联新策略

本技术以极简操作实现高效、精准的蛋白质交联：仅需在目标蛋白单一位点嵌入光交联探针苯甲酮丙氨酸（Bpa），即可通过光催化高效触发交联反应，显著优于传统多步骤、低特异性的交联方法。在PyrI4同源二聚体及Trx/PAPS异源复合物的研究中，该策略均展现出高度特异性交联，且工程化蛋白完全保持了天然结合亲和力。通过高精度串联质谱分析，研究团队直接鉴定出频哪醇型交联键的形成，成功在原子尺度上解析了蛋白质相互作用界面。这一突破不仅提供了“分子尺”级的精准测量工具，更为动态生命过程研究奠定了新一代方法学基础。

图2 技术颠覆性：频哪醇键实现原子精度蛋白质交联

应用价值：推动生物医学研究的精准化进程

该技术的突破性价值体现在三个核心维度：1）特异性显著提升，将内源性活性氨基酸的非特异性反应降低3–20倍；2）具备优异的生物相容性，在原代神经元模型中实现84%的细胞存活率，信噪比提升超过5倍；3）复杂生物环境适用性，通过将Bpa精准整合至靶向EGFR的纳米抗体7D12，并在EGFR高表达细胞模型中成功验证其功能。该技术为受体靶向药物筛选与精准医学研究提供了关键技术支撑，展现出广阔的转化应用前景。

图3 应用价值：原代神经元及癌细胞靶向标记技术的新突破

本研究由上海有机所博士生谭嘉威、郝柯嘉、袁艺等人共同完成，通讯作者为陈以昀研究员、张耀阳研究员与王任小教授。研究工作获得了国家自然科学基金重点项目、中国科学院先导专项、上海市科学技术委员会及生命过程小分子调控全国重点实验室的资助。

Bioorthogonal Photocatalytic Protein Labeling and Cross-Linking Enabled by Stabilized Ketyl Radicals.J. Am. Chem. Soc. 2025, doi: 10.1021/jacs.5c18652.

Jiawei Tan^#; Kejia Hao^#; Yi Yuan^#; Shasha Xie ^#; Li Qi^#; Qiaoling Che^#; Yan Li; Renxiao Wang*; Yaoyang Zhang*; Yiyun Chen*.

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