文献周报｜2026.10.12—2026.10.18

本期共收录 54 篇文献，涵盖 GPCR 信号调控、分子标记与空间组学、冷冻电镜方法、离子通道与神经活动、蛋白质设计、叶绿体蛋白导入、CTP 合成及靶向蛋白降解等主题。

GPCR 识别、动态与信号调控（17 篇）

01 · An opioid efficacy switch for reversible optical control of analgesia

Cell · 发表／卷期日期：2026-10-15

作者：Luca Posa, Giovanna R. Romano, Xiang Ji, Saif Khan, Antonina L. Nazarova, Sheida Sharghi Moshtaghin, Bruno Paz, Gye Won Han, Anisul Arefin, Alberto J. Gonzalez-Hernandez, Ipsit Srivastava, Saheem A. Zaidi, Kenny Calderon-Godinez, Zixin Zhang, Aaliyah S. Tyson, Mohsen Ranjbar, Kristen E. Pleil, Kanupriya Pande, Vsevolod Katritch, Cornelius Gati, Dirk Trauner, Joshua Levitz

μ 阿片受体是镇痛的重要靶点，但全身给药难以限制作用位置，也难以分离镇痛与不良反应。研究开发可逆光切换激动剂 AM-3，使其在光照下于低效能与高效能状态之间转换，从而控制受体信号。两种状态的受体复合物结构显示不同结合方式，并对应不同的配体、受体及 G 蛋白动态。在小鼠疼痛模型中，AM-3 实现了可逆、可重复的光控抗伤害性感受作用；作者将其较低的不良反应表现与有限的脑内蓄积及局部光激活能力联系起来。该工作提供了研究受体效能和局部镇痛的新工具，但目前证据来自动物实验，尚不能据此判断人体疗效和安全性。

Highlight · AM-3 通过可逆光切换改变受体激活效能，在小鼠中实现局部、可重复的镇痛控制。

DOI：10.1016/j.cell.2026.09.042

02 · Atomic, structural and molecular insights into GPCR ligand binding and signalling

Nature Reviews Molecular Cell Biology · 发表／卷期日期：2026-10-13

作者：Katarina Nemec, Bálint Mészáros, Georgios Skiniotis, Scott C. Blanchard, M. Madan Babu

GPCR 的配体结合与信号输出并不是单一开关，而是跨越原子接触、受体构象和细胞通路的多层过程。这篇综述按复杂度逐级整合近期研究，讨论受体如何识别胞外信号、发生配体诱导的构象变化，再与不同信号衔接分子及细胞内通路相互作用。文章特别强调情境依赖性：同一受体的行为会受到分子伙伴、调控状态和疾病环境影响，因此静态结构只能解释其中一部分。作者进一步讨论这些认识如何帮助寻找更有选择性的干预方式。其价值在于建立连接结构和功能的多尺度框架，便于理解不同实验层级之间既有关联、又不能简单等同的结果。

Highlight · 理解 GPCR 药理作用，需要把配体接触、构象变化和细胞信号放在同一框架中。

DOI：10.1038/s41580-026-01030-7

03 · The Role of Intrinsically Disordered Domains in Regulating G Protein-Coupled Receptor Signaling

Journal of the American Chemical Society · 发表／卷期日期：2026-01-14

作者：Jun Xu, Ruoyi Qiu, Alexander M. Garces, Harald Hübner, Xinyu Xu, Chengyu Hao, Dorothee Weikert, Peter Gmeiner, Michael T. Lerch, Brian K. Kobilka

α2A 肾上腺素受体的信号输出，既受到跨膜核心影响，也可能由柔性的无序区域调节。研究通过多组单分子 FRET 标记观察实时构象变化，发现 TM6 激活所需的向外运动存在较高能垒，而部分无序的胞外环 ECL2 表现出配体特异的动态行为。较长的胞内第三环 ICL3 在基础状态中靠近膜、呈较紧凑构象，并对信号转导分子耦联起负向变构作用。其多个功能亚态还会受到激酶磷酸化和药物效能影响。这些结果把无序环区从被动连接段提升为动态调节模块，有助于解释同一受体为何能产生不同配体对应的信号谱。

Highlight · GPCR 的无序环区可通过动态构象调控配体效能和信号分子耦联。

DOI：10.1021/jacs.5c17796

04 · Single-molecule analysis of ligand efficacy in β2AR–G-protein activation

Nature · 发表／卷期日期：2017-07

作者：G. Glenn Gregorio, Matthieu Masureel, Daniel Hilger, Daniel S. Terry, Manuel Juette, Hong Zhao, Zhou Zhou, Jose Manuel Perez-Aguilar, Maria Hauge, Signe Mathiasen, Jonathan A. Javitch, Harel Weinstein, Brian K. Kobilka, Scott C. Blanchard

GPCR 配体的效能不同，可能源于受体与 G 蛋白激活过程中的动态差异。研究利用单分子 FRET 监测 β2 肾上腺素受体 TM6 的运动，比较不同效能配体在有无 Gs 条件下的影响。结果表明，部分激动剂和完全激动剂以不同方式调节 TM6，进而影响 GDP 结合的受体–Gs 复合物形成速率，以及后续核苷酸交换的效率。实验还捕获到已有静态结构未充分代表的短暂核苷酸结合状态。工作将配体口袋与 G 蛋白核苷酸口袋之间的变构联系落实到动态过程，提示药物效能不仅取决于某个终态构象，也与状态转换的速率和路径有关。

Highlight · 配体通过改变受体运动与核苷酸交换动力学，编码不同程度的 Gs 激活。

DOI：10.1038/nature22354

05 · Ligand efficacy modulates conformational dynamics of the µ-opioid receptor

Nature · 发表／卷期日期：2024-05

作者：Jiawei Zhao, Matthias Elgeti, Evan S. O’Brien, Cecília P. Sár, Amal EI Daibani, Jie Heng, Xiaoou Sun, Elizabeth White, Tao Che, Wayne L. Hubbell, Brian K. Kobilka, Chunlai Chen

μ 阿片受体是镇痛药物的重要靶点，配体如何产生不同内在效能，需要从动态构象而非单一结构理解。研究结合双电子共振与单分子 FRET，识别受体胞质侧在不同时间尺度上相互转换的多种状态。其中，预激活构象能够结合 G 蛋白，而充分激活构象可显著降低三元复合物中 GDP 的亲和力，显示结合与有效激活并非完全相同的步骤。作者还比较 β-arrestin-1 与 Gi 对受体核心的相互作用，前者表现出更低的亲和力和较弱的特异性。这些结果建立了配体特异构象分布与下游效能之间的联系，为分析阿片受体信号选择性提供动态依据。

Highlight · μ 阿片受体的预激活与充分激活状态，在 G 蛋白结合和 GDP 释放中承担不同作用。

DOI：10.1038/s41586-024-07295-2

06 · Ligand-dependent G protein dynamics underlying opioid efficacy

Nature Structural & Molecular Biology · 发表／卷期日期：2026-10-13

作者：Jonathan C. Deutsch, Daniel Hilger, John Janetzko, Charles M. Schroeder, Steven Chu, Brian K. Kobilka, Rabindra V. Shivnaraine

受体激活后，G 蛋白需要打开 α 螺旋结构域，才能暴露核苷酸结合位点并完成交换。研究用单分子 FRET 直接观察与 μ 阿片受体耦联的 Gi，比较不同配体及核苷酸状态下的结构域运动。结果显示，受体远端的配体能够影响 G 蛋白动态，效能较高的激动剂更容易推动其进入开放、低核苷酸亲和力状态。实验同时捕捉到交换过程中的短暂中间态。该工作把药物作用的观察范围从受体本身延伸到其耦联伙伴，说明 G 蛋白构象群体的变构调节也是编码阿片配体效能的一层机制，而非受体变化之后完全被动的结果。

Highlight · 阿片配体的效能差异可传播到 Gi 的结构域运动和核苷酸交换过程。

DOI：10.1038/s41594-026-01893-6

07 · Structure and dynamics determine G protein coupling specificity at a class A GPCR

Science Advances · 发表／卷期日期：2025-03-19

作者：Marina Casiraghi, Haoqing Wang, Patrick C. Brennan, Chris Habrian, Harald Hübner, Maximilian F. Schmidt, Luis Maul, Biswaranjan Pani, Sherif M. F. M. Bahriz, Bing Xu, Nico Staffen, Tufa E. Assafa, Bohan Chen, Elizabeth White, Roger K. Sunahara, Asuka Inoue, Yang K. Xiang, Robert J. Lefkowitz, Ehud Y. Isacoff, Nathaniel Nucci, Peter Gmeiner, Michael T. Lerch, Brian K. Kobilka

β2 肾上腺素受体通常更偏好 Gs，而与 Gi 的耦联较弱，这种选择性并不能仅靠复合物存在与否解释。研究通过获得 Gi 偏向激动剂 LM189，结合结构与生物物理证据，比较不同 G 蛋白耦联所需的受体状态。结果指出，胞内环 ICL2 与跨膜螺旋 TM6 的特定构象共同参与区分 Gs 和 Gi，受体动态也与这种偏好相关。工作因此将 G 蛋白选择性与受体内部可变化的构象特征联系起来，而非把选择性视为固定不变的序列属性。这为理解偏向性激动剂提供机制依据，也提示评价信号选择性需要同时考察结构状态和功能测量。

Highlight · ICL2 与 TM6 的构象差异共同影响 β2 受体对不同 G 蛋白的耦联偏好。

DOI：10.1126/sciadv.adq3971

08 · Discovery of a functionally selective serotonin receptor (5-HT1AR) agonist for the treatment of pain

Science Advances · 发表／卷期日期：2025-06-18

作者：Annika Ullrich, Johannes Schneider, João M. Braz, Eduard Neu, Nico Staffen, Markus Stanek, Jana Bláhová, Tamsanqa Hove, Tamara Albert, Anni Allikalt, Stefan Löber, Karnika Bhardwaj, Sian Rodriguez-Rosado, Elissa Fink, Tim Rasmussen, Harald Hübner, Asuka Inoue, Brian K. Shoichet, Allan I. Basbaum, Bettina Böttcher, Dorothee Weikert, Peter Gmeiner

5-HT1A 受体参与痛觉调节，但如何利用信号偏向获得合适的药理特征仍是研究重点。作者从化合物库出发得到双位点激动剂 ST171，其主要激活 Gi/o，未显示 Gs 激活，β-arrestin 招募较弱，并在急性与慢性疼痛模型中表现出作用。冷冻电镜将 ST171 复合物与常规激动剂 befiradol 的 Gi、Gs 复合物进行比较，显示不同配体占据不同外侧位点，并对应不同受体构象；分子动力学进一步帮助解释这些差异。研究把结合方式、信号选择性和模型中的镇痛表现相连接，但这些结果仍属于机制与临床前证据，不能直接说明人体疗效或安全优势。

Highlight · 不同外侧结合方式与受体构象，为 5-HT1A 激动剂的信号偏向提供结构解释。

DOI：10.1126/sciadv.adv9267

09 · Mechanism and function of GPR3 regulated by a negative allosteric modulator

Nature Communications · 发表／卷期日期：2025-08-27

作者：Geng Chen, Jana Bláhová, Nico Staffen, Harald Hübner, Nadja Nunhöfer, Chen Qiu, Peter Gmeiner, Dorothee Weikert, Yang Du, Jun Xu

GPCR 的二聚化可能改变药物作用方式，GPR3 提供了一个二聚体特异性调节的例子。研究发现，GPR3 在活细胞中形成组成性同源二聚体，抑制剂 AF64394 作为负向变构调节剂作用于这一状态。冷冻电镜解析抑制剂结合的二聚体及其 Gs 复合物，显示配体位于跨膜二聚界面。作者提出，配体阻碍受体在接触 Gs 时解离，并将相关跨膜区域限制在类似非活化的中间构象，因而降低 Gs 耦联。结构与功能结果共同说明，受体的寡聚状态可以成为药理选择性的来源，也提醒在研究变构抑制时考虑受体之间的相互作用。

Highlight · GPR3 的二聚界面提供了区别于传统配体口袋的负向变构调节方式。

DOI：10.1038/s41467-025-63422-1

10 · A TM7 conformational switch governs GPCR transducer selectivity

预印本 · 发表／卷期日期：2026/04/21

作者：Guodong He, Maik Pankonin, Guojing Yu, Haiyan Xu, Huan Li, Maximilian Salomon, Hossein Batebi, Xue Guo, Shuhao Zhang, Fang Kong, Li Zhan, Xiaoou Sun, Qingqing Ma, Lan Hua, Sheng Ding, Chuangye Yan, Xin Chen, Zhaobing Gao, Peter W. Hildebrand, Xiangyu Liu

这篇预印本研究 μ 阿片受体如何在不同信号转导伙伴之间作出选择。作者得到具有明显 G 蛋白偏向的激动剂，并解析其与受体–Gi 及受体–GRK2 复合物的冷冻电镜结构，结合功能和动态数据提出逐步门控模型。在该模型中，TM7 的构象变化充当末端检查点，能够影响后续 β-arrestin 招募，使受体即便完成部分激活步骤，也不一定沿所有信号路径继续前进。工作把偏向性药理理解为多步过程中的选择，而非单一活化构象的差异。目前证据仍来自预印本中的结构和实验体系，不能据此推定该激动剂已经具有临床安全优势。

Highlight · TM7 的动态变化可能作为末端检查点，参与决定 GPCR 的转导伙伴选择。

DOI：10.65215/LTSpreprints.2026.04.21.000162

11 · Structural basis for Y2 receptor-mediated neuropeptide Y and peptide YY signaling

Structure · 发表／卷期日期：2023-01-05

作者：Hyunook Kang, Chaehee Park, Yeol Kyo Choi, Jungnam Bae, Sohee Kwon, Jinuk Kim, Chulwon Choi, Chaok Seok, Wonpil Im, Hee-Jung Choi

神经肽 Y 家族的不同受体在食欲和情绪调节中具有不同作用，配体的细小变化也会改变受体选择性。研究解析 PYY(3–36) 与 NPY 分别结合 Y2 受体–Gi 的冷冻电镜结构，并结合细胞实验和模拟，解释去除前两个氨基酸的 PYY 为何仍能有效作用于 Y2，而不能同样激活 Y1。作者进一步比较下游通路，发现 Y2 激活后更偏好 G 蛋白信号，Y1 则未显示同样的 G 蛋白与 β-arrestin 偏好。工作将配体识别差异和信号偏向联系起来，提示即使属于同一家族的受体，也不能简单套用相同的配体结合与功能模型。

Highlight · Y2 的配体识别特点与 G 蛋白信号偏好，共同区别于同家族 Y1 受体。

DOI：10.1016/j.str.2022.11.010

12 · Structural basis of neuropeptide Y signaling through Y1 receptor

Nature Communications · 发表／卷期日期：2022-02-14

作者：Chaehee Park, Jinuk Kim, Seung-Bum Ko, Yeol Kyo Choi, Hyeongseop Jeong, Hyeonuk Woo, Hyunook Kang, Injin Bang, Sang Ah Kim, Tae-Young Yoon, Chaok Seok, Wonpil Im, Hee-Jung Choi

NPY 参与摄食、焦虑等多种生理过程，但其与 Y1 受体的具体相互作用此前仍缺少完整结构解释。研究解析 NPY–Y1–Gi1 复合物，显示肽的伸展型 C 端进入受体跨膜核心，末端酰胺化残基位于结合口袋底部；与此同时，NPY 的螺旋区及 N 端区域与受体胞外环接触，为高亲和力结合提供额外贡献。结构分析与突变实验共同支持这一多区域协同识别模式。该结果有助于理解为何完整肽的不同部分都可能影响活性，也为比较 Y1 与其他 NPY 受体的选择性提供依据，而不是仅用一个局部接触解释所有药理特征。

Highlight · NPY 的跨膜口袋结合与胞外环接触共同支持 Y1 受体识别和激活。

DOI：10.1038/s41467-022-28510-6

13 · Structure-based discovery of nonopioid analgesics acting through the α2A-adrenergic receptor

Science · 发表／卷期日期：2022-09-30

作者：Elissa A. Fink, Jun Xu, Harald Hübner, Joao M. Braz, Philipp Seemann, Charlotte Avet, Veronica Craik, Dorothee Weikert, Maximilian F. Schmidt, Chase M. Webb, Nataliya A. Tolmachova, Yurii S. Moroz, Xi-Ping Huang, Chakrapani Kalyanaraman, Stefan Gahbauer, Geng Chen, Zheng Liu, Matthew P. Jacobson, John J. Irwin, Michel Bouvier, Yang Du, Brian K. Shoichet, Allan I. Basbaum, Peter Gmeiner

α2A 肾上腺素受体是非阿片镇痛的潜在靶点，但已有药物常伴随镇静。研究对超过三亿个虚拟分子进行对接筛选，寻找不同于常见药物的新骨架，获得一组具有活性的配体，其中不少表现为部分激动及 Gi、Go 信号偏好。两种激动剂的实验复合物结构支持对接预测，并为后续优化提供依据。若干初始命中物及类似物在多个体内疼痛模型中产生靶点相关镇痛作用，未观察到相应镇静表现。工作展示了大规模结构筛选与实验验证的衔接，也说明同一受体的药理表现可能随配体改变；这些结果仍是临床前证据，尚不能直接等同于人体治疗优势。

Highlight · 结构筛选获得的新 α2A 激动剂在动物模型中展示镇痛与镇静效应分离的可能性。

DOI：10.1126/science.abn7065

14 · G protein-coupled receptors in neurodegenerative diseases and psychiatric disorders

Signal Transduction and Targeted Therapy · 发表／卷期日期：2023-05-03

作者：Thian-Sze Wong, Guangzhi Li, Shiliang Li, Wei Gao, Geng Chen, Shiyi Gan, Manzhan Zhang, Honglin Li, Song Wu, Yang Du

神经退行性疾病与精神障碍具有复杂而异质的病因，单一分子变化往往不足以解释全部症状。这篇综述从 GPCR 出发，总结不同受体在相关疾病中的作用，以及受体机制和结构研究如何带来新的药物开发机会。作者关注新兴靶点与近期药物研究进展，将受体层面的认识放回多因素疾病背景中讨论。文章提供的是靶点和研究方向的总体梳理，不意味着所有被讨论受体都已获得同等程度的治疗验证。其价值在于帮助连接神经精神疾病中的生物学问题与可调控的受体系统，同时保留从基础机制走向有效干预之间仍需跨越的证据差距。

Highlight · GPCR 为神经精神疾病提供多类干预入口，但靶点价值需结合疾病异质性判断。

DOI：10.1038/s41392-023-01427-2

15 · Cryo-EM structure of monomeric CXCL12-bound CXCR4 in the active state

Cell Reports · 发表／卷期日期：2024-08-27

作者：Yezhou Liu, Aijun Liu, Xinyu Li, Qiwen Liao, Weijia Zhang, Lizhe Zhu, Richard D. Ye

CXCL12–CXCR4 信号参与造血细胞定位及肿瘤相关过程，但激动剂结合的活化结构此前并不完整。研究获得 CXCL12–CXCR4–Gi 复合物的高分辨率冷冻电镜结构，显示配体与受体以一对一方式结合，并符合趋化因子识别的双位点模型。配体 N 端进入跨膜口袋，与受体内部形成有助于激活的接触；结构、功能实验和计算分析共同解释这些相互作用如何联系到受体构象变化与 G 蛋白激活。工作补充了拮抗剂结构之外的活化态认识，为理解同一受体的不同药理状态提供基础，但并不直接确立新的临床干预方案。

Highlight · CXCL12 结合的活化态结构补全了 CXCR4 从配体识别到 G 蛋白激活的机制图景。

DOI：10.1016/j.celrep.2024.114578

16 · Photo-cross-linking-assisted deorphanization deciphers GPR50–L-LEN pairing in metabolism

Nature Chemical Biology · 发表／卷期日期：2026-07

作者：Rui Wu, Na Li, Zhihui Wen, Ya Wang, Shitian Li, Hao Zhou, Yuehong Huang, Xiao Xie, Xiaoyun Zhao, Xiaohui Wang, Shaoxin Tao, Guoliang Chai, Tongfei A. Wang, Zhen Li, Peng R. Chen, Miao Jing

许多 GPCR 仍缺少已知内源配体，限制了生理功能与药理研究。作者建立光交联辅助的受体去孤儿化平台，利用位于识别界面的捕获能力，从天然生物样品中寻找配体，并在多个已知受体–配体组合上检验性能。研究进一步提出神经肽 L-LEN 是 GPR50 的内源配体，支持其通过该受体及下游 Gi 信号调节细胞活动。在小鼠中，这一配对与脑–脂肪通讯、能量消耗和产热有关，缺失相关组分会增加应激条件下进入蛰伏样状态的可能性。工作同时提供了配体发现工具和代谢调控线索，但不同生物学场景中的适用性仍需进一步研究。

Highlight · 光交联辅助捕获为 GPR50 找到候选内源配体，并连接到体温与能量调节。

DOI：10.1038/s41589-025-02098-6

17 · Synthetic GPCRs for programmable sensing and control of cell behaviour

Nature · 发表／卷期日期：2025

作者：Nicholas A Kalogriopoulos, Reika Tei, Yuqi Yan, Peter M Klein, Matthew Ravalin, Bo Cai, Ivan Soltesz, Yulong Li, Alice Y Ting

合成受体可将特定抗原转化为细胞反应，但已有体系在可识别抗原形式、输出类型和药物控制方面各有限制。研究提出 PAGER 合成 GPCR，通过抗原结合解除受体抑制，使其能够进一步响应药物，从而把识别事件与可控信号输出连接起来。作者展示对十余种可溶及细胞表面抗原的响应，不同受体骨架可驱动基因表达、荧光读出或内源 G 蛋白活动。应用实例涵盖细胞迁移、分化、抗体分泌和脑片神经活动调节。工作体现了模块化受体工程的广泛用途，但这些多场景验证仍不等于各类治疗应用都已成熟，仍需针对具体细胞环境评估。

Highlight · PAGER 将抗原识别、药物控制和多类 GPCR 输出组合成可编程细胞感知平台。

DOI：10.1038/s41586-024-08282-3

分子标记、成像与空间组学（12 篇）

18 · Recent developments of fluorescent proteins and biosensors driven by cross-disciplinary insights

Nature Methods · 发表／卷期日期：2026-10-16

作者：Anneliese M. M. Gest, Sohum Mehta, Jin Zhang

荧光蛋白与生物传感器的发展，越来越依赖化学、物理、蛋白质工程和筛选技术之间的交叉。这篇综述梳理近期荧光蛋白工程的进展，重点讨论提高光稳定性、将发射波长推向长波段等设计目标，并以 mScarlet 为案例说明不同领域的认识如何转化为性能改进。文章还总结新型荧光传感器在筛选、定量成像、空间分辨率和多重检测方面的变化，关注探针本身与测量方法如何共同提高观测能力。最后，作者讨论下一代荧光工具的发展方向，提供的是对现有技术及设计思路的综合评述，而非单一新探针的性能报告。

Highlight · 荧光工具的进步来自分子设计、筛选和成像方法的协同发展。

DOI：10.1038/s41592-026-03268-7

19 · Linking chromatin acylation mark-defined proteome and genome in living cells

Cell · 发表／卷期日期：2023-03-02

作者：Fangfei Qin, Boyuan Li, Hui Wang, Sihui Ma, Jiaofeng Li, Shanglin Liu, Linghao Kong, Huangtao Zheng, Rongfeng Zhu, Yu Han, Mingdong Yang, Kai Li, Xiong Ji, Peng R. Chen

组蛋白修饰既与代谢状态有关，也会改变染色质相互作用和基因调控，但将特定位点修饰与其局部环境直接连接并不容易。研究提出单个位点分辨的多组学策略 SiTomics，在活细胞中分析特定染色质酰化标记所对应的蛋白质和基因组分布。作者比较短链脂肪酸刺激后的巴豆酰化与 β-羟丁酰化，发现不同修饰具有不同的关联图谱，并识别参与调节 H3K56cr 基因体定位的相互作用蛋白 GLYR1。结果还将部分 β-羟丁酰化效应与超级增强子变化联系起来。该方法使代谢物、修饰和调控之间的关系可以在同一框架中研究，向其他修饰推广仍需相应验证。

Highlight · SiTomics 将特定位点的染色质修饰与其蛋白质、基因组环境对应起来。

DOI：10.1016/j.cell.2023.02.007

20 · Atlas of Subcellular RNA Localization Revealed by APEX-Seq

Cell · 发表／卷期日期：2019

作者：Furqan M Fazal, Shuo Han, Kevin R Parker, Pornchai Kaewsapsak, Jin Xu, Alistair N Boettiger, Howard Y Chang, Alice Y Ting

RNA 的亚细胞位置影响其加工和功能，但传统分离方法很难精细描绘复杂局部环境。APEX-seq 通过直接邻近标记 RNA，再进行测序，在九种亚细胞位置建立人类转录组空间图谱，覆盖不同 RNA 类型与转录本异构体。研究揭示细胞核转录组的径向组织，并提示核孔内侧对成熟转录本输出具有空间筛选作用。在线粒体附近，作者识别出两条相关的 mRNA 定位路径，对应不同转录本集合及细胞器内部装置。该工作将 RNA 测序与空间定位联系起来，提供可进一步探索的图谱资源；邻近富集所反映的是空间关联，需要结合其他实验判定具体运输或功能机制。

Highlight · APEX-seq 将转录本身份与亚细胞邻近位置相结合，揭示 RNA 的空间组织。

DOI：10.1016/j.cell.2019.05.027

21 · Split-TurboID enables contact-dependent proximity labeling in cells

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America · 发表／卷期日期：2020

作者：Kelvin F Cho, Tess C Branon, Sanjana Rajeev, Tanya Svinkina, Namrata D Udeshi, Themis Thoudam, Chulhwan Kwak, Hyun-Woo Rhee, In-Kyu Lee, Steven A Carr, Alice Y Ting

常规邻近标记可以分析局部蛋白质组，但两个细胞器之间的接触区域需要更严格的空间限定。Split-TurboID 将酶拆分成两个单独不活跃的部分，只有在蛋白相互作用或膜接近使二者相遇时才恢复标记能力。作者在内质网–线粒体接触位点进行应用，识别超过一百种内源蛋白，其中包含此前未与该区域联系起来的候选；进一步通过生化分离及成像验证其中八种。方法把酶的活性与接触条件绑定，有助于减少整片细胞器表面标记带来的背景。识别到的蛋白仍需功能实验确认其是否直接参与接触形成或相关物质交换。

Highlight · 分体 TurboID 以接触依赖的酶重组，实现更限定的细胞器界面蛋白标记。

DOI：10.1073/pnas.1919528117

22 · Dynamic mapping of proteome trafficking within and between living cells by TransitID

Cell · 发表／卷期日期：2023

作者：Wei Qin, Joleen S Cheah, Charles Xu, James Messing, Brian D Freibaum, Steven Boeynaems, J Paul Taylor, Namrata D Udeshi, Steven A Carr, Alice Y Ting

知道蛋白质位于哪里，并不等于知道它从哪里来、又去了哪里。TransitID 利用位于起点和终点区室的两类邻近标记体系，识别经历两处环境的内源蛋白，从而把质谱分析扩展到蛋白质运输轨迹。作者研究胞质与线粒体、细胞核之间的流动，以及核仁与应激颗粒之间的联系，发现应激颗粒与转录因子 JUN 在氧化应激中的保护有关。方法还用于识别巨噬细胞与癌细胞之间传递的蛋白。其核心贡献是根据来源和目的地界定蛋白群体，补充静态定位图谱难以提供的信息；具体路径和直接作用仍需进一步验证。

Highlight · TransitID 以起点和终点的双重标记，把静态蛋白定位推进到运输过程分析。

DOI：10.1016/j.cell.2023.05.044

23 · Proteomic mapping of mitochondria in living cells via spatially restricted enzymatic tagging

Science (New York, N.Y.) · 发表／卷期日期：2013

作者：Hyun-Woo Rhee, Peng Zou, Namrata D Udeshi, Jeffrey D Martell, Vamsi K Mootha, Steven A Carr, Alice Y Ting

显微成像具有空间信息，但通常只能观察少数标记蛋白；质谱可以识别大量内源蛋白，却容易丢失活细胞中的位置关系。研究利用可定向定位的过氧化物酶，对邻近蛋白进行标记，再用质谱读取，从而结合两种方法的优势。在线粒体基质的应用中，作者鉴定 495 种蛋白，其中 31 种此前未与线粒体联系起来。标记还能区分内膜蛋白朝向基质或膜间隙的部分，部分原先定位认识也被后续电镜结果修正。这项工作建立了在活细胞中获取局部内源蛋白质组的思路，为难以通过传统分离手段研究的微环境提供了分析入口。

Highlight · 空间限制的酶标记将活细胞位置关系保留到后续质谱蛋白鉴定中。

DOI：10.1126/science.1230593

24 · Efficient proximity labeling in living cells and organisms with TurboID

Nature biotechnology · 发表／卷期日期：2018

作者：Tess C Branon, Justin A Bosch, Ariana D Sanchez, Namrata D Udeshi, Tanya Svinkina, Steven A Carr, Jessica L Feldman, Norbert Perrimon, Alice Y Ting

早期邻近标记往往需要较长时间，或依赖通透性、毒性表现不理想的试剂，限制了对短时过程和完整生物体的研究。作者通过定向进化获得 TurboID 和 miniTurbo 两种生物素连接酶变体，使标记效率明显高于早期 BioID 系统。在所报告细胞条件下，它们可在较短窗口内完成邻近标记，并使用较易递送的生物素；研究还展示了在果蝇和线虫中的应用。该工作的核心是提高工具的时效性和适用场景，使空间蛋白质组研究能够覆盖更多生物体系。具体实验中，标记信号仍代表局部邻近关系，不能单凭富集就判断蛋白之间存在直接结合。

Highlight · TurboID 将高效生物素邻近标记扩展到更短时间窗口和完整生物体。

DOI：10.1038/nbt.4201

25 · Directed evolution of APEX2 for electron microscopy and proximity labeling

Nature methods · 发表／卷期日期：2015

作者：Stephanie S Lam, Jeffrey D Martell, Kimberli J Kamer, Thomas J Deerinck, Mark H Ellisman, Vamsi K Mootha, Alice Y Ting

APEX 既可作为电镜标记，也可用于活细胞蛋白质组邻近标记，但较低表达水平下的灵敏度会限制应用。研究通过定向进化提高酶的催化效率，得到在细胞内活性更强的 APEX2。作者利用它解析线粒体钙摄取调节蛋白 MICU1 的亚线粒体定位，并改善线粒体及内质网膜相关内源蛋白的富集。相比提出一种全新的定位原则，这项工作的重点是增强既有工具在较弱信号条件下的实用性，使电镜定位与局部蛋白质分析能够覆盖更多目标。摘要较为简短，所展示的优势主要来自这些验证体系，不能直接量化所有细胞区室中的表现。

Highlight · APEX2 的增强活性提高了电镜定位和细胞内邻近蛋白富集的灵敏度。

DOI：10.1038/nmeth.3179

26 · A fluorophore ligase for site-specific protein labeling inside living cells

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America · 发表／卷期日期：2010

作者：Chayasith Uttamapinant, Katharine A White, Hemanta Baruah, Samuel Thompson, Marta Fernández-Suárez, Sujiet Puthenveetil, Alice Y Ting

为了减少大型荧光蛋白标签对目标的影响，PRIME 使用短肽标签与工程化连接酶，在活细胞内将小分子荧光团连接到指定蛋白。研究从天然硫辛酸连接酶出发改变底物识别，使其可将香豆素类探针共价连接至目标短肽，并在所测试体系中保持对内源哺乳动物蛋白的较高区分度。通过将连接酶定位到不同区室，作者进一步选择性标记了空间上不同的蛋白群体，例如细胞表面的 neurexin 与细胞核内的 actin。工作说明，标记特异性不仅可以由目标序列决定，也可利用酶所在位置加以限定，为活细胞蛋白成像提供较小标签的替代路径。

Highlight · PRIME 将短肽识别与酶的亚细胞定位结合，实现指定蛋白群体的荧光标记。

DOI：10.1073/pnas.0914067107

27 · Engineered ascorbate peroxidase as a genetically encoded reporter for electron microscopy

Nature biotechnology · 发表／卷期日期：2012

作者：Jeffrey D Martell, Thomas J Deerinck, Yasemin Sancak, Thomas L Poulos, Vamsi K Mootha, Gina E Sosinsky, Mark H Ellisman, Alice Y Ting

电镜能够观察纳米尺度结构，但许多遗传编码标签在部分细胞区室不活跃，或依赖光照，影响应用范围。研究开发单体过氧化物酶标签 APEX，使其在多类细胞区室中发挥作用，并能耐受较强固定条件，兼顾定位信号与超微结构保存。作者展示多个哺乳动物细胞器及特定蛋白的成像，并利用与线粒体钙单向转运通道 MCU 的融合，观察到其两端对应的电镜对比信号均位于基质侧，为存在争议的拓扑提供证据。工作将可遗传定位与电镜可见信号连接起来，其不依赖光激活的特点也降低了样品厚度对标记过程的限制。

Highlight · APEX 将遗传编码定位转化为电镜对比信号，并用于判断膜蛋白拓扑。

DOI：10.1038/nbt.2375

28 · A monovalent streptavidin with a single femtomolar biotin binding site

Nature methods · 发表／卷期日期：2006

作者：Mark Howarth, Daniel J-F Chinnapen, Kimberly Gerrow, Pieter C Dorrestein, Melanie R Grandy, Neil L Kelleher, Alaa El-Husseini, Alice Y Ting

链霉亲和素与生物素结合很强，但天然四聚体具有多个结合位点，标记时可能将目标交联，改变原本的分布与功能。研究保留四聚体总体结构，同时使其中只有一个位点能够结合生物素，从而兼顾单价识别与接近天然的亲和力、解离特征和热稳定性。作者在 neuroligin-1 的示踪中发现，单价版本能够稳定追踪目标而不引起明显交联；相比之下，多价野生型可造成聚集并干扰突触前接触。结果说明，成像探针的结合价数本身就是重要实验变量。该工具为单粒子追踪和生物分子标记提供了减少探针诱导聚集的选择。

Highlight · 单价链霉亲和素保留强结合能力，同时减少多价标签造成的目标交联。

DOI：10.1038/nmeth861

29 · Site-specific labeling of cell surface proteins with biophysical probes using biotin ligase

Nature methods · 发表／卷期日期：2005

作者：Irwin Chen, Mark Howarth, Weiying Lin, Alice Y Ting

细胞表面蛋白的精准标记，需要在复杂内源环境中区分目标，并兼容不同性质的探针。研究利用生物素连接酶对短受体肽的序列识别能力，将可进一步反应的化学基团引入目标蛋白，再接上荧光或光亲和探针。作者在纯化蛋白、细胞裂解液及活细胞表面的 EGFR 中展示这一思路，说明酶促选择性与后续化学连接可以组合使用。方法的贡献是将目标识别和探针选择分开，使同一标记框架有机会适配不同生物物理读出。由于仍需要在目标上设置识别标签，应用时也应考虑该改动与探针对蛋白定位和功能的潜在影响。

Highlight · 酶促短肽识别与后续化学连接相结合，实现细胞表面蛋白的多类型探针标记。

DOI：10.1038/nmeth735

冷冻电镜制样与重构（6 篇）

30 · Cryo-EM sample preparation with soft-landing and laser flash melting

Nature Communications · 发表／卷期日期：2026-09-15

作者：Sarah V. Barrass, Tim K. Esser, Nathan J. Mowry, Lukas Eriksson, Jakub Wenz, Laurence T. Seeley, Wyatt A. Curtis, Lindsay A. Baker, Marcel Drabbels, Stephan Rauschenbach, Ulrich J. Lorenz

软着陆质谱有望简化冷冻电镜制样，但蛋白质在沉积过程中脱水，通常只能观察到紧缩的构象。研究在软着陆样品上覆盖非晶冰，再通过短暂激光熔化尝试恢复蛋白质水合状态。结果显示，处理后形成了包含多种部分复水状态的颗粒群体，其中一部分已经接近天然构象。这说明脱水造成的结构变化至少存在一定可逆性，也为将质谱筛选与电镜观察连接起来提供了依据。作者据此提出进一步提高复水完整性的方向；目前的关键限制是只有部分颗粒恢复，尚不能认为整个样品都能稳定回到天然状态。

Highlight · 激光短暂熔化可使部分软着陆蛋白质恢复接近天然的构象。

DOI：10.1038/s41467-026-77723-6

31 · CryoTriplane: Triplane-based Neural Radiance Field Representation for High-resolution Cryo-EM 3D Homogeneous Reconstruction

Bioinformatics · 发表／卷期日期：2026-10-13

作者：Yiran Cheng, Bintao He, Qiong Zeng, Fa Zhang, Renmin Han

CryoTriplane 针对冷冻电镜高噪声投影中的三维同质重构，采用三平面神经辐射场与混合空间表示。其思路是先用固定位置编码建立较稳健的整体结构，再通过结构感知编码补充高频细节，以缓解传统频域方法的信息分布问题和实空间神经网络的频谱偏置。作者在五个模拟数据集和四个真实数据集上比较重构效果，并通过下游原子建模评价密度图质量。在两个指定 EMPIAR 数据集上，序列覆盖率相较对照方法分别提高 4.6% 和 5.5%。这项工作的重点是兼顾全局一致性与局部细节，所报告优势应结合其测试数据及比较基线理解。

Highlight · 混合空间编码帮助 CryoTriplane 在三维重构中兼顾抗噪性与高频细节。

DOI：10.1093/bioinformatics/btag754

32 · Single-particle cryoEM: Theory and practice

Quarterly Reviews of Biophysics · 发表／卷期日期：2026/01

作者：Ardan Patwardhan, Peter B. Rosenthal, Christopher J. Russo, Richard Henderson

这篇综述从辐射损伤限制出发，估算在理想成像条件下达到不同分辨率需要多少单颗粒图像，再与 EMDB 中已发表结构的实际表现比较。作者指出，近期部分 2.5–3.0 Å 结构所需图像数已接近理论预期，两者相差不足三倍；但更典型的数据集仍可能需要约百倍于理论值的图像，高分辨率研究也面临类似差距。文章讨论信息记录和提取环节的损失，以及缩小理论与实践距离的策略。作者同时强调，即使优秀结构也带有辐射损伤，改善早期低剂量图像的信息利用仍是重要方向。这为评价采集效率提供了比单看最终分辨率更完整的视角。

Highlight · 理论图像需求与实际数据量的差距，揭示了单颗粒冷冻电镜仍可改进的信息效率。

DOI：10.1017/S0033583526100249

33 · Calcineurin-fusion facilitates cryo-EM structure determination of a Family A GPCR

Proceedings of the National Academy of Sciences · 发表／卷期日期：2024-11-26

作者：Jun Xu, Geng Chen, Haoqing Wang, Sheng Cao, Jie Heng, Xavier Deupi, Yang Du, Brian K. Kobilka

A 类 GPCR 体积较小，缺少 G 蛋白等大分子伙伴时，跨膜核心又被去垢剂胶束包围，颗粒对齐尤其困难。研究提出将钙调神经磷酸酶与受体建立多点连接的融合策略，以提供更刚性的膜外参照。作者利用这一方式解析 β2 肾上腺素受体的无配体、拮抗剂结合及激动剂结合状态，说明增加可稳定追踪的结构特征有助于恢复小型膜蛋白的信息。方法主要价值在于拓展不依赖天然信号复合物的结构测定条件，而不是证明融合后的所有动态行为都与天然受体相同。其在其他 A 类 GPCR 上的适用性仍需针对具体对象验证。

Highlight · 刚性多点融合为小型 GPCR 的冷冻电镜颗粒对齐提供了额外参照。

DOI：10.1073/pnas.2414544121

34 · CryoSHIELDs: tunable amphipathic peptide additives for cryo-EM

预印本 · 发表／卷期日期：2026-10-08

作者：Caleigh M. Azumaya, Przemysław Dutka, Matthew C. Johnson, Cheng-Guo Wu, Bryce D. Delgado, Christopher W. Koo, Jeffrey Y. K. Tom, Tik Hang Soong, Sandeep K. Ravala, Alister Burt, Shu Ti, Anna C. Howes, Orlando E. Martinez, Aimin Song, Alexis Rohou, Claudio Ciferri, Stanislau Yatskevich

气水界面会造成冷冻电镜样品损伤、择优取向和颗粒密度不足。CryoSHIELDs 预印本提出一组化学性质可调的两亲性肽添加剂，目标是钝化这一界面，改善玻璃化前的样品状态。作者在涵盖 GPCR、ABC 与 SLC 转运体、可溶性及含 Fab 复合物等 24 个体系中进行测试，报告结构测定成功率提高；不同添加剂分别改善了颗粒分布、角度采样、复合物稳定性或地图质量。部分实例还可在更低蛋白浓度下获得结构。结果支持按样品特点选择界面保护添加剂的思路，但效果并不意味着所有体系都适用同一种配方，仍需结合目标样品评价。

Highlight · 可调两亲性肽添加剂通过改善气水界面条件，提升多类样品的冷冻电镜表现。

DOI：10.64898/2026.10.01.755993

35 · Step-by-step procedure for an optimized serial lift-out cryo-focused ion beam milling technique in tissue analysis

Biophysics Reports · 发表／卷期日期：2025

作者：Xiaoyu Tang, Jiaming Liu, Jingtao Zheng, Huanhuan Huang, Zihang Yu, Ying Liu, Peng Wang, Meijing Li

组织样品的冷冻断层成像需要从较厚材料中制备稳定薄片，而 serial lift-out cryo-FIB 操作往往复杂，也容易出现薄片不稳定。这篇期刊方法论文系统整理面向多细胞组织的优化流程，重点放在薄片固定方式、切缝间距和重新附着的可靠性上，以适应不同大小的组织体积。作者强调，该方法可用于多类生物组织，并与冷冻相关光电成像流程衔接。其目标是改善结构保存、重复性和操作一致性，减少对操作者经验的依赖。文章提供的是组织层级原位结构分析的制样方法基础，不能将制样流程本身等同于对某个具体生物学机制的发现。

Highlight · 优化组织薄片的固定与转移，有助于提高 cryo-ET 制样的稳定性和重复性。

DOI：10.52601/bpr.2025.250039

离子通道、转运与神经活动记录（5 篇）

36 · Substrate coupling and inhibition in human Na+-dependent Cl−/HCO3− exchanger NCBE (SLC4A10)

Nature Communications · 发表／卷期日期：2026-10-01

作者：Peixin Sun, Xinmin Wang, Yang Huang, Jinlun Kylian Zhang, Xurui Shen, Anqi Dong, Shiliang Wang, Xiaojun Guo, Guoming Shi, Jing Ding, Yudan Chi, Hanting Yang

NCBE 是参与脑脊液酸碱调节的钠依赖性阴离子交换蛋白，其离子耦联机制此前并不清楚。研究解析人源 NCBE 的多个冷冻电镜状态，识别钠、氯及碳酸氢根结合区域，并观察到一个意外的钾离子位点，提示其阳离子选择性可能较为宽松。抑制剂 DIDS 位于底物腔上方，将蛋白稳定在朝外构象；功能实验和分子动力学为离子配位及抑制效应提供支持。作者进一步将实验结构与 AlphaFold3 预测的朝内模型比较，提出类似升降机的运输方式。需要区分的是，朝内状态来自预测，因此完整构象循环仍包含模型推断。

Highlight · 多状态 NCBE 结构连接了离子耦联、抑制剂识别与可能的升降机式运输。

DOI：10.1038/s41467-026-77504-1

37 · Structural basis of ligand recognition and gating in mosquito IRs

Nature · 发表／卷期日期：2026-10-14

作者：Li Xu, Xin Wang, Xuebo Quan, Stephen T. Ferguson, Dong Liu, Jiawei Chen, Sai Wang, Simin Liang, Gaoxingyu Huang, Kai Huang, Feng Liu, Xiaojing Pan

昆虫离子型受体参与识别环境化学信号，但如何把配体选择性转化为通道开启仍缺少结构解释。研究解析一种蚊源 IR 复合物的多种状态，并结合功能测量与模拟，比较无配体、配体结合及开放构象。结果显示，配体口袋具有动态可塑性，化学识别与胞外结合域闭合相联系；这一变化再经连接区域传递到跨膜部分，使孔道扩大。多类证据共同支持从配体结合到通道门控的机械耦联框架。该工作提供了昆虫感觉受体的基础结构认识；摘要提出的媒介控制应用仍是研究前景，尚不能等同于已经验证的实际防控效果。

Highlight · 多状态结构解释了昆虫感觉受体如何将化学识别耦联到通道门控。

DOI：10.1038/s41586-026-11239-3

38 · Assembly and architecture of endogenous NMDA receptors in adult cerebral cortex and hippocampus

Cell · 发表／卷期日期：2025-03-06

作者：Ming Zhang, Juan Feng, Chun Xie, Nan Song, Chaozhi Jin, Jian Wang, Qun Zhao, Lihua Zhang, Boshuang Wang, Yidi Sun, Fei Guo, Yang Li, Shujia Zhu

天然 NMDA 受体的亚基组成决定突触信号特征，但重组体系未必完整反映成年脑中的真实分布。研究利用构象及亚基依赖抗体，从成年大鼠皮层和海马分离内源受体，解析三类主要组装形式的冷冻电镜结构。三类颗粒的比例约为 9∶7∶4，提示大量 GluN2A 与 GluN2B 亚基共同存在于三异源四聚体中。该类受体从胞外到跨膜层呈不对称架构，不同亚型之间也显示构象差异。结果揭示内源受体在组成和结构上的复杂性，为理解亚型功能及靶向选择性提供更贴近组织来源的依据；颗粒比例仍应结合纯化和识别条件理解。

Highlight · 成年脑内源 NMDA 受体的多样组装，呈现重组单一亚型难以概括的结构复杂性。

DOI：10.1016/j.cell.2025.01.004

39 · A Molecular Calcium Integrator Reveals a Striatal Cell Type Driving Aversion

Cell · 发表／卷期日期：2020

作者：Christina K Kim, Mateo I Sanchez, Paul Hoerbelt, Lief E Fenno, Robert C Malenka, Karl Deisseroth, Alice Y Ting

短暂神经活动发生后，如何继续识别并研究当时活跃的细胞，是连接生理活动与细胞类型的重要问题。FLiCRE 将活动相关钙升高转化为稳定的转录标记，使后续单细胞测序能够同时读取内源转录组和活动历史。作者在小鼠伏隔核的厌恶输入刺激中标记活跃细胞，识别出受到远程兴奋性投射激活的特定细胞群。借助其模块化输出，研究进一步选择性招募这一群体，并观察到厌恶行为。结果展示了从短暂活动记录、分子身份识别到功能检验的连接方式，时间积分读出也意味着它反映的是特定窗口内的活动，而不是逐次放电轨迹。

Highlight · FLiCRE 将短暂钙活动留下的转录记录与细胞类型和行为功能分析相连接。

DOI：10.1016/j.cell.2020.11.015

40 · A light- and calcium-gated transcription factor for imaging and manipulating activated neurons

Nature biotechnology · 发表／卷期日期：2017

作者：Wenjing Wang, Craig P Wildes, Tanyaporn Pattarabanjird, Mateo I Sanchez, Gordon F Glober, Gillian A Matthews, Kay M Tye, Alice Y Ting

FLARE 旨在把研究者指定时间窗口中的神经活动转化为可持续读取的基因表达。系统同时感受胞质钙升高与外加光信号，只有二者重合时才启动转录输出，从而标记当时活跃的细胞。研究在培养神经元中展示较好的光暗及高低钙信号区分，并利用后续表达的工具对已标记细胞进行功能操作；成年小鼠皮层实验也观察到与光和运动活动相关的转录。该设计的价值在于把时间选择与活动依赖性组合起来，使短暂事件能够转化为后续分子和功能研究的入口。它记录的是窗口内活动历史，而非直接替代高时间分辨率的电生理或钙成像。

Highlight · 光与钙的双重门控，使特定时间窗口内活跃的神经元获得持续可读的转录标记。

DOI：10.1038/nbt.3909

蛋白酶与膜蛋白从头设计（5 篇）

41 · Computational design of metalloproteases

Nature · 发表／卷期日期：2026-10-14

作者：Anqi Chen, Kejia Wu, Hojae Choi, Preetham Venkatesh, Samuel J. Pellock, Nikita Hanikel, Hojeong Shin, Declan Evans, Kieran Didi, Lars L. Schaaf, Cristina Díaz-Perlas, Brian Coventry, Donghyo Kim, Seth M. Woodbury, Pengfei Ji, Shingo Honda, Asim K. Bera, Hannah Nguyen, Alex Kang, Yanqing Wang, Xinting Li, Stacey Gerben, Lemuel Chang, Xiao Yan, Benjamí Oller-Salvia, Anthony A. Hyman, Donald Hilvert, David Baker

从头设计能够切断肽键的酶，是检验计算设计能否处理高能垒反应的重要问题。研究利用 RFdiffusion 方法构建含锌催化中心及相邻底物结合口袋的金属蛋白酶，在 135 个测试设计中，约 36% 能在目标位置切割对应肽底物。作者报告，表现最佳的设计显著加速肽键水解，进一步优化后活性继续提高；此外，还展示针对疾病相关蛋白的选择性切割，以及通过蛋白酶调控细胞信号的概念验证。结果表明，计算设计可以把催化能力与底物识别结合起来。其潜在治疗和生物技术用途仍属于应用前景，不能将这些实验结果直接视为已建立的临床工具。

Highlight · 从头设计的金属蛋白酶将较高催化活性与可编程底物识别结合起来。

DOI：10.1038/s41586-026-11167-2

42 · De novo design of cysteine proteases

Nature · 发表／卷期日期：2026-10-14

作者：Hojae Choi, Magnus S. Bauer, Brian Coventry, Preetham Venkatesh, Anqi Chen, Donghyo Kim, Asim K. Bera, Alex Kang, Hannah Nguyen, Shayan Sadre, Justin Decarreau, Emily Joyce, Bhanumathi Shankaran, Tuscan Rock Thompson, Gabriel Greenstein, Kieran Didi, Lars L. Schaaf, Jacob Merle Gershon, Alexander F. Shida, Gyu Rie Lee, Donald Hilvert, Samuel J. Pellock, David Baker

稳定肽键的水解对催化中心组织和底物定位提出较高要求。研究从头设计以半胱氨酸为催化亲核基团的蛋白酶，在 69 个测试设计中获得 13 个成功案例，报告的最大反应加速达到背景水解的数千万倍。这些蛋白质的整体折叠与天然蛋白酶明显不同，而六个晶体结构与设计模型高度接近，支持方法在新骨架上的结构准确性。实验及计算分析提示，与高活性天然酶之间的差距仍与活性位点预组织和底物定位不足有关。作者还在哺乳动物细胞中展示靶标切割，说明设计结果能够从体外反应延伸到细胞环境，但活性与选择性仍需按具体体系评估。

Highlight · 非天然折叠的设计蛋白酶实现了序列依赖的肽键水解，并获得结构验证。

DOI：10.1038/s41586-026-11143-w

43 · De novo designed voltage-gated anion channels suppress neuron firing

Cell · 发表／卷期日期：2025/12/24

作者：Chen Zhou, Huican Li, Jiaxing Wang, Cheng Qian, Hui Xiong, Zhilin Chu, Qiming Shao, Xuan Li, Shijin Sun, Ke Sun, Aiqin Zhu, Jiawei Wang, Xueqin Jin, Fan Yang, Tamer M. Gamal El-Din, Bo Li, Jing Huang, Kun Wu, Peilong Lu

让从头设计的膜蛋白响应电压，既需要形成导电通路，也需要把环境变化与构象运动连接起来。研究设计了电压门控阴离子通道 dVGAC，并通过膜片钳观察到电压依赖的阴离子电流。冷冻电镜结构与设计模型接近，结合模拟支持孔道内带电收缩区参与感受电压变化，同时影响离子选择性。作者还报告，通道性质可以进一步调节，并在神经元体系中展示抑制放电的作用。工作将计算设计从静态跨膜结构推进到具有刺激响应的动态功能，为研究膜蛋白构象与电活动的联系提供人工体系；其应用范围仍需结合具体细胞和实验条件评价。

Highlight · 从头设计的阴离子通道实现电压响应，并能在实验体系中抑制神经元放电。

DOI：10.1016/j.cell.2025.09.023

44 · De novo design of dual-topology membrane transporters

预印本 · 发表／卷期日期：2025/12/31

作者：Xi Chen, Xiaofeng Zhou, Jiawei Zhou, Tengyu Xie, Yaning Li, Yuxuan Yan, Jing Huang, Zibo Chen, Dan Ma, Peilong Lu

这篇预印本尝试从头构建能够选择性运输小分子的膜蛋白，而不仅是形成一个静态孔道。作者设计可采用相反膜拓扑的蛋白单元，使其组成反平行二聚体，并通过构象变化交替向膜两侧暴露可能的底物结合区域。细胞和人工脂质体实验显示，这些蛋白可沿浓度梯度促进特定小分子染料进入，具有类似天然单向转运体的表现。冷冻电镜及功能分析支持设计构型和提出的运输模型。结果展示了动态膜运输功能的人工构建潜力，但底物范围与机制普适性仍需进一步验证，药物递送等方向在本文中主要属于未来应用设想。

Highlight · 双拓扑设计把交替可及的构象思路转化为可测量的小分子跨膜运输。

DOI：10.65215/LTSpreprints.2025.12.30.000074

45 · De novo design of transmembrane fluorescence-activating proteins

Nature · 发表／卷期日期：2025-04

作者：Jingyi Zhu, Mingfu Liang, Ke Sun, Yu Wei, Ruiying Guo, Lijing Zhang, Junhui Shi, Dan Ma, Qi Hu, Gaoxingyu Huang, Peilong Lu

跨膜蛋白既要适应脂质环境，又要形成精确的小分子结合口袋，因此比可溶蛋白设计面临更多约束。研究结合深度学习与能量方法，从头设计能够结合荧光原的跨膜蛋白。实验显示，目标蛋白可特异激活配体荧光，亲和力达到中等纳摩尔水平，并在活细菌和真核细胞膜组分中保持活性；作者报告的亮度与量子产率高于所比较的增强型绿色荧光蛋白。晶体及冷冻电镜结构与设计模型高度接近，为预设结合模式提供验证。这项工作说明膜内蛋白–小分子相互作用可以被较精确地设计，为膜定位成像及配体感知提供新的工具方向。

Highlight · 结构验证的设计跨膜蛋白能够特异结合荧光原并激活其发光。

DOI：10.1038/s41586-025-08598-8

叶绿体蛋白导入（4 篇）

46 · Conservation and specialization of the Ycf2-FtsHi chloroplast protein import motor in green algae

Cell · 发表／卷期日期：2024-10-03

作者：Ke Liang, Xiechao Zhan, Yuxin Li, Yi Yang, Yanqiu Xie, Zeyu Jin, Xiaoyan Xu, Wenwen Zhang, Yang Lu, Sheng Zhang, Yilong Zou, Shan Feng, Jianping Wu, Zhen Yan

叶绿体需要持续导入核编码蛋白，绿藻中的导入马达是否与陆生植物相同，是理解其演化的重要问题。研究从衣藻分离天然 Ycf2-FtsHi 复合物并解析冷冻电镜结构，识别到最多 19 个亚基，其中包含多种绿藻特有组分。异源六聚体 AAA+ ATPase 马达相对膜呈倾斜排列，可能有助于接收内膜转位系统传来的前体蛋白；体外实验也显示前体蛋白能增强其 ATPase 活性。结合 TOC–TIC 超复合物结构，作者讨论通道与马达之间的物理和功能联系。这些结果同时展示共同工作原理与谱系特化，为比较不同光合生物的叶绿体蛋白导入提供基础。

Highlight · 绿藻导入马达保留核心 ATPase 架构，同时具有多种特有辅助组分。

DOI：10.1016/j.cell.2024.08.002

47 · The Structure and Function of the Chloroplast Import Apparatus

Annual Review of Plant Biology · 发表／卷期日期：2026-05-20

作者：Zeyu Jin, Zhen Yan

叶绿体中大量蛋白来自细胞核编码，需要经过外膜 TOC、内膜 TIC 及 ATP 驱动的马达协同导入。这套系统的组成和工作方式长期存在争论，近期高分辨率结构为重新认识其架构提供了关键证据。这篇综述整合结构、功能及演化研究，讨论通道与马达的分工、装配关系，以及不同光合生物之间的保守性和差异。文章重点在于说明结构生物学如何修正以往模型，并把原先分散的功能观察放入更完整的分子框架。它适合与绿藻和陆生植物的原始结构论文对照阅读，以区分已经获得直接支持的部件关系与仍需研究的动态导入步骤。

Highlight · 新近结构结果正在重塑对 TOC、TIC 与导入马达协同工作的理解。

DOI：10.1146/annurev-arplant-062325-090826

48 · Structural insights into the chloroplast protein import in land plants

Cell · 发表／卷期日期：2024-10-03

作者：Ke Liang, Zeyu Jin, Xiechao Zhan, Yuxin Li, Qikui Xu, Yanqiu Xie, Yi Yang, Shaojie Wang, Jianping Wu, Zhen Yan

陆生植物的前体蛋白如何从叶绿体内膜通道交给 ATPase 马达，需要理解两者的整体装配。研究解析拟南芥 Ycf2-FtsHi 和 TIC 复合物，以及豌豆中二者组成的更大复合体。Ycf2-FtsHi 结构展示异源六聚体 AAA+ ATPase 模块，并识别四种此前未充分表征的辅助组分，它们参与装配及马达的膜面定位。马达以倾斜角度贴近 TIC，使通道出口与驱动模块在空间上相互衔接。作者据此提出有利于高效前体转移的组织方式。这项工作把孤立复合物结构扩展为协同装置，为解释陆生植物叶绿体导入提供结构基础，动态过程仍需结合功能证据理解。

Highlight · 倾斜排列的 Ycf2-FtsHi 马达与 TIC 紧密衔接，为前体蛋白交接提供结构解释。

DOI：10.1016/j.cell.2024.08.003

49 · Structure of a TOC-TIC supercomplex spanning two chloroplast envelope membranes

Cell · 发表／卷期日期：2022-12-08

作者：Zeyu Jin, Li Wan, Yuqi Zhang, Xuecheng Li, Yong Cao, Haobin Liu, Shengyao Fan, Du Cao, Zhengmao Wang, Xiaobo Li, Junmin Pan, Meng-Qiu Dong, Jianping Wu, Zhen Yan

叶绿体双层包膜需要协调的转位系统才能让核编码前体蛋白进入内部。研究解析衣藻 TOC–TIC 超复合物的冷冻电镜结构，鉴定 14 个组分，并显示跨越两层膜的整体连接方式。外膜通道由不同组分共同构成混合 β 桶，内膜的潜在转位路径则来自特定跨膜螺旋，与部分传统模型不同。膜间隙中的刚性支架连接两端，支架上的亲水裂隙形成衔接通道的可能路径。该结构将组成、装配与运输路线整合起来，也为后续比较不同植物和藻类的系统提供参照。对前体实际运动过程的解释仍需要与动态及功能实验共同检验。

Highlight · TOC–TIC 超复合物展示了连接叶绿体双层包膜的连续结构组织。

DOI：10.1016/j.cell.2022.10.030

CTP 合成酶催化与变构（2 篇）

50 · Reaction-based cryo-EM resolves the continuous conformational spectrum of CTP synthase catalysis

Proceedings of the National Academy of Sciences · 发表／卷期日期：2026-10-20

作者：Chen-Jun Guo, Yu-Fen Wu, Shu-Ying Guo, You Fu, Wei Wang, Ji-Long Liu

酶在真正催化过程中经历连续变化，预先锁定一个中间态可能遗漏这一动态分布。研究以果蝇 CTP 合成酶为对象，从含天然底物和变构效应物的活跃反应混合物中取样，并结合三维变异分析，重建催化时的连续构象谱。作者将部分结构变化与 4-磷酰基 UTP 的形成联系起来，还观察到反应终点 ATP 与 CTP 的共同占据。与不可水解 ATP 类似物的比较表明，使构象群体偏向更闭合状态的关键是 UTP 磷酸化，而不仅是 ATP 结合。该策略把化学进程与构象分布相连接，为研究酶的动态反应过程提供了不同于单一捕获态的观察方式。

Highlight · 反应中取样将 CTPS 的连续构象谱与实际化学步骤联系起来。

DOI：10.1073/pnas.2620271123

51 · GTP orchestrates CTP synthase via an allosteric effector–cycling mechanism

Proceedings of the National Academy of Sciences · 发表／卷期日期：2026-10-20

作者：Chen-Jun Guo, Yu-Fen Wu, Shu-Ying Guo, Jia-Li Lu, Liang Xu, You Fu, Xian Zhou, Jiale Zhong, Zherong Zhang, Ji-Long Liu

GTP 能促进 CTP 合成酶催化，却不在反应中被消耗，其调控如何与化学循环协调一直不明确。研究结合活跃反应样品的冷冻电镜、生化及突变分析，获得 34 种果蝇 CTPS 状态，最高分辨率达 2.0 Å。结果支持 GTP 在每轮催化中都经历一次结合与解离，与一个 CTP 分子的生成相配合。GTP 的初始招募及稳定结合分别受到两个催化结构域反应进度的约束，使跨结构域活动能够同步。作者将这种模式称为效应物循环，强调变构分子的进出本身也是催化调控的一部分，而不只是长期占据一个远端位点。

Highlight · GTP 的周期性结合与解离，为 CTPS 的跨结构域催化建立协调机制。

DOI：10.1073/pnas.2620272123

膜表面及胞外蛋白降解（2 篇）

52 · Covalently Engineered Nanobody Chimeras for Targeted Membrane Protein Degradation

Journal of the American Chemical Society · 发表／卷期日期：2021-10-13

作者：Heng Zhang, Yu Han, Yuanfan Yang, Feng Lin, Kexin Li, Linghao Kong, Hongxiang Liu, Yongjun Dang, Jian Lin, Peng R. Chen

传统 PROTAC 主要利用细胞内降解机制，膜表面蛋白的靶向清除则需要不同路径。研究提出基于共价纳米抗体的 GlueTAC 策略，先以质谱筛选建立能与表面抗原形成近邻依赖交联的识别模块，再将其与有助于细胞进入及溶酶体分选的功能部分结合。作者以 PD-L1 为实例，观察到目标蛋白内化与降解，展示了把高亲和识别进一步转化为清除信号的可能性。工作拓展了膜蛋白降解的技术思路，也为比较非共价结合与共价连接的作用提供实验体系。摘要中的高效和特异性来自所测试对象，是否适用于更多膜蛋白仍需逐一验证。

Highlight · GlueTAC 将纳米抗体识别与溶酶体路径连接，实现膜表面靶蛋白的定向清除。

DOI：10.1021/jacs.1c08521

53 · Targeted protein degradation in the transmembrane and extracellular space

Science · 发表／卷期日期：2025-11-27

作者：Rongfeng Zhu, Heng Zhang, Peng R. Chen

靶向蛋白降解已从传统细胞内靶点逐步扩展到跨膜与胞外蛋白，后者在细胞通讯和疾病进展中同样重要。这篇综述系统讨论这一新领域的技术平台、作用特点、应用及局限，关注如何利用不同细胞清除路径，将原本难以通过常规 PROTAC 处理的蛋白纳入可降解范围。文章重点梳理概念层面的创新，帮助区分不同平台在识别、运输和降解环节上的要求，而不是把所有策略视为同一种技术。作者同时讨论其基础研究和治疗价值。相关方法能否转化为可靠干预，还取决于组织分布、靶蛋白可达性及降解路径等具体条件。

Highlight · 跨膜与胞外蛋白降解正在扩大 TPD 的靶点范围，也带来新的运输与选择性约束。

DOI：10.1126/science.adx5094

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54 · Development of a random background to understand ligand optimization

Nature · 发表／卷期日期：2026-09-16

作者：Xinyu Xu, Olivier Mailhot, Galen J. Correy, Xi-Ping Huang, Joao M. Braz, Da Shi, Karthik Srinivasan, Kara Zielinski, Yuliia Holota, Yuliia Kuziv, Christos Iliopoulos-Tsoutsouvas, Nathan D. Levinzon, Yagmur U. Doruk, Moira M. Rachman, Morgan E. Diolaiti, Maisie G. V. Stevens, Fangyu Liu, Katie L. Holland, Harald Hübner, Jing Wang, Yujin Wu, Alan Ashworth, Alexandros Makriyannis, Yuqi Zhang, Yurii S. Moroz, Peter Gmeiner, Robert Abel, Aashish Manglik, Allan I. Basbaum, Bryan L. Roth, James S. Fraser, Brian K. Shoichet

药物先导优化常需合成大量类似物，但缺乏随机改动的基线，难以判断有意设计到底提高了多少效率。研究针对六个靶点的 18 个先导分子进行系统性单原子变化，共合成 257 个化合物。结果出乎预期：11.3% 的小幅随机扰动使效力提高至少十倍，但体外药代性质通常变差。部分化合物可凭借效力提升弥补暴露量和半衰期下降，在体内仍表现更强；整体上，优化却呈现不同性质相互牵制的局面。工作为评价配体优化提供初步随机背景，也说明仅以体外活性改善衡量设计成功，可能忽视将分子推进到体内应用时的主要困难。

Highlight · 随机微小改动也能显著提高效力，但药代性质的代价可能抵消收益。

DOI：10.1038/s41586-026-11013-5