今天我们来读一下发表在《Nature Communications》上的文章：

英文原名：N-Acryloylindole-alkyne (NAIA) enables imaging and profiling new ligandable cysteines and oxidized thiols by chemoproteomics

中文译名：N-丙烯酰吲哚-炔烃（NAIA）通过化学蛋白质组学实现新型可配体半胱氨酸与氧化硫醇的成像与分析

DOI号：https://doi.org/10.1038/s41467-023-39268-w

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我们首先把这篇论文想象成一个“侦探工具”的故事，目标是开发一种新工具来寻找细胞中重要的“半胱氨酸”线索。

一、研究背景：为什么“半胱氨酸”如此重要？

1. 半胱氨酸的角色：半胱氨酸是蛋白质的一种基本组成单位（氨基酸）。它在生物体内非常关键，因为：

   • 高反应活性：它的侧链（硫基，-SH）具有很高的化学反应性，容易参与各种生化反应。

   • 功能的“开关”：许多酶的活性中心都有半胱氨酸，它就像是一个“开关”，可以调控酶的活性。

   • 氧化应激的传感器：半胱氨酸对氧化非常敏感，当细胞受到压力（如活性氧攻击）时，它的状态会改变，从而帮助细胞感知并响应压力。

   • 药物靶点的热点：因为其高反应性，半胱氨酸是许多共价药物（药物能永久地结合在靶点上）的理想靶点。

2. 当前的研究挑战：

   • 缺乏好工具：虽然半胱氨酸很重要，但现有的研究工具（如碘乙酰胺，IAA）存在一些问题：反应速度不够快、在活细胞中稳定性差、有时会误标记其他氨基酸等。这就好比想用一把钝刀来精确雕刻，效果不理想。

   • 无法全局观察：我们很难在活细胞中，全局性地、高效地找出所有功能重要的半胱氨酸位点。

二、核心创新：他们发明了什么新“工具”？

为了解决上述难题，研究人员设计了一种全新的化学探针，名为 N-丙烯酰吲哚-炔烃（NAIA）。

1. 智能探针设计：NAIA为什么更好？

NAIA的核心是一个经过巧妙设计的“抓捕手”：

• 激活的“抓捕手”：探针前端的“丙烯酰胺”基团是负责与半胱氨酸结合的部分。研究人员将它连接在一个“吲哚”环上。吲哚环的特殊性在于它能通过电子离域效应，使丙烯酰胺变得更“饥饿”（电正性更强），从而更快、更高效地与半胱氨酸结合。

• “手柄”标签：探针末端带有一个“炔烃”基团。这是一个“把手”，后续可以通过高效的“点击化学反应”连接上荧光标签或生物素标签，从而方便地对被标记的蛋白质进行成像或富集鉴定。

2. NAIA的卓越性能

研究表明，NAIA相比传统工具IAA有巨大优势：

• 反应更快、更彻底：在试管实验中，NAIA能在几分钟内完全与半胱氨酸反应，而IAA则慢得多且反应不完全。

• 选择性更高：NAIA主要只标记半胱氨酸，而IAA有时会误伤赖氨酸或丝氨酸。

• 在活细胞中表现优异：NAIA能快速进入细胞，高效标记细胞内的半胱氨酸，且细胞毒性低，非常适合活细胞研究。

三、新工具能做什么？两大核心应用

1. 应用一：给细胞内的半胱氨酸“拍照片”（成像）

利用NAIA的炔烃“把手”，可以连接上荧光染料。这样，被NAIA标记的半胱氨酸在显微镜下就会发光，从而让我们看到它们在细胞内的分布和变化。

• 监测氧化应激：当用过氧化氢（H₂O₂）处理细胞（模拟氧化应激）时，许多半胱氨酸会被氧化。此时用NAIA处理，荧光信号会减弱，因为可被标记的半胱氨酸变少了。这能直观地展示氧化应激对细胞的影响。

• 优势：NAIA成像的效果远优于IAA，信号更强、更清晰。

2. 应用二：大规模“普查”功能半胱氨酸（化学蛋白质组学分析）

这是文章的另一个重磅成果。研究人员利用NAIA结合高通量质谱技术，对整个细胞内的蛋白质半胱氨酸进行了一次“普查”。

• 工作流程：用NAIA处理细胞 → 标记半胱氨酸 → 通过“点击化学”连接生物素标签 → 用链霉亲和素珠子富集被标记的肽段 → 质谱仪分析 → 鉴定出被标记的是哪个蛋白质的哪个半胱氨酸。

• 重大发现：他们在肝癌细胞（HepG2）中成功鉴定出了数千个独特的半胱氨酸位点，其中很多是之前从未被发现过的。这极大地扩展了我们对“可配体”半胱氨酸（即能被小分子药物靶向的半胱氨酸）的认识。

四、实际应用案例：发现潜在的抗癌先导化合物

研究并未止步于“普查”。他们进一步利用NAIA平台进行共价抑制剂筛选。

• 发现先导化合物CL1：他们筛选出一个小分子化合物CL1，它能特异性地结合到Rac1蛋白（一个重要的癌症驱动蛋白）的第178位半胱氨酸上。

• 抑制癌细胞增殖：CL1通过共价修饰Cys178，抑制了Rac1的活性，进而阻断了下游信号通路，最终导致肝癌细胞周期停滞在G1期，抑制了癌细胞的增殖。

这个案例完美展示了从“发现新靶点（半胱氨酸）”到“开发靶向抑制剂”的完整链条，凸显了NAIA平台在药物发现领域的巨大潜力。

五、总结与意义

• 工具创新：NAIA是一种更快速、更高效、更特异的半胱氨酸研究工具，尤其擅长在活细胞环境中工作。

• 科学发现：利用NAIA，研究人员绘制了前所未有的、大规模的功能性半胱氨酸图谱，并发现了许多新的潜在药物靶点。

• 应用前景：这项工作为开发靶向半胱氨酸的新型共价药物（尤其是在癌症治疗领域）提供了强大的平台和丰富的资源。

学习建议

1. 抓住故事主线：不要被复杂的化学结构式或质谱数据吓到。重点理解：要解决什么问题（背景）-> 设计了什么新工具（NAIA探针）-> 这个工具有什么用（成像和普查）-> 用这个工具做出了什么重要发现（新半胱氨酸图谱和先导化合物）。

2. 图文结合：论文中的示意图（如Fig.1, 2, 5, 6, 8）是理解复杂过程的最佳助手。把图示和文字描述对应起来。

3. 善用搜索：遇到不理解的术语（如化学蛋白质组学、点击化学、共价抑制剂等），可以快速查阅简单的科普解释，建立初步概念即可。