化学蛋白质组学是研究蛋白质功能、修饰、互作和发现小分子化合物靶标的重要工具【1】。例如，基于活性的化学探针可选择性地标记蛋白质组上的氨基酸残基，并在位点水平上实现其活性测定，进而提供了一种研究蛋白质组功能性与可药靶性的有力手段。又如，基于内源性代谢物的生物正交探针广泛用于糖脂类翻译后修饰的标记和检测。

开发兼具高效性和专属性的探针是化学蛋白质组学领域的核心内容，但极具挑战。一方面，在生物系统中，高度复杂的化学环境可能“放大”探针的潜在副反应，造成意料之外的蛋白质修饰；另一方面，探针以及探针修饰可能在样品处理过程中发生“变异”，使数据分析复杂化，故在模型小分子或重组蛋白水平上的测试难以全面反映一种探针的性能。论文通讯作者之一，杨靖研究员告诉《中国科学报》，对于如何在蛋白质组层面上评估化学探针的反应性与选择性，领域内长期以来缺乏统一、客观的评测方法。

“虽然我们过去曾做过一些初步尝试，即利用同位素标记结合开放式搜索的策略【2】，无偏性地从质谱数据中挖掘和识别探针标记信息。我们成功利用这一策略，发展了一系列针对半胱氨酸氧化还原修饰的化学选择性探针，并广泛用于氧化还原生物学研究【3-6】。“杨靖研究员说。

尽管如此，大多数开放式搜索算法无法报告修饰的精确质量及其定位；其次，带有同位素标签的探针修饰需从几十到数百种测得质量中人工筛选获取；再者，许多开放式搜索工具的安装和使用均较为复杂，且输出信息的冗余度高，限制了上述策略在领域内的进一步推广。

图1 基于pChem的化学蛋白质组探针评测流程

针对上述挑战，杨靖与迟浩团队开展跨学科合作（化学生物学+计算科学），在具有自主知识产权的开放式搜索引擎Open-pFind基础上【7】，开发了pChem。后者可对开放式搜索结果进行系统的校正、归并、筛选、排序，自动地、无偏性地识别带有同位素标签的探针修饰，并计算其精确分子量、残基定位概率、质谱特征丢失等关键信息。

此外，pChem可为探针开发者提供一种可视化的评测报告，包含标记效率得分、修饰均一性得分和位点选择性得分。值得一提的是，pChem为免安装程序，在默认设置下可实现“一键运行”，适用于计算科学“零基础”用户。

综上所述，pChem将极大提升化学蛋白质组探针开发的效率和水平，而且有望被拓展至其它化学生物学和蛋白质组学应用场景。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41589-022-01074-8 

评述链接：

https://doi.org/10.1038/s41589-022-01092-6 

参考文献