李 晴 沈陳金鑫 薛付沖 李賢慧 鄭 豪耿倚云 許靜遠(yuǎn) 鄧張雙 周怡青

(1.常熟理工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215500;2.中國(guó)輕工業(yè)功能酵母重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(三峽大學(xué)生物與制藥學(xué)院)，湖北 宜昌 443002)

相較于化學(xué)合成的小分子藥物，天然產(chǎn)物在結(jié)構(gòu)新穎性、生物相容性和功能多樣性等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，并且在長(zhǎng)期進(jìn)化的過(guò)程中得到自然篩選優(yōu)化.在新藥研發(fā)和臨床用藥中天然產(chǎn)物及其衍生物占有很大比重.據(jù)統(tǒng)計(jì)在1939年至2016年間，美國(guó)FDA批準(zhǔn)上市的藥物中，有相當(dāng)數(shù)量含有天然產(chǎn)物的分子片段(50%以上)，甚至直接來(lái)源于天然產(chǎn)物[1].

從植物中提取是獲得天然產(chǎn)物的傳統(tǒng)手段.但是，由于植物資源的限制以及天然產(chǎn)物在植物中微小的含量，往往很難獲得足夠的樣品用于天然產(chǎn)物活性的研究與開(kāi)發(fā).合成生物學(xué)的發(fā)展為植物天然產(chǎn)物的獲取提供了新的途徑，通過(guò)天然產(chǎn)物合成途徑的解析和細(xì)胞工廠的構(gòu)建，可以以葡萄糖為原料大量合成目標(biāo)天然產(chǎn)物，從而為天然產(chǎn)物的研究和開(kāi)發(fā)提供充足的原料[2].自然界中種類(lèi)繁多，形態(tài)各異的植物產(chǎn)生了大量結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣的天然產(chǎn)物(或者稱(chēng)為次生代謝產(chǎn)物).這些天然產(chǎn)物既可以作為內(nèi)源性小分子參與植物重要生理活動(dòng)，例如調(diào)控植物自身的生長(zhǎng)發(fā)育(例如赤霉素、脫落酸等植物激素)以及抵御病蟲(chóng)害(例如豌豆素、白藜蘆醇等植保素)，同時(shí)也是治療人類(lèi)重大疾病的創(chuàng)新藥物分子的主要來(lái)源，例如:嗎啡、阿司匹林、紫杉醇，喜樹(shù)堿、青蒿素等.因此，解析植物天然產(chǎn)物的生物合成途徑對(duì)于植物生物學(xué)研究、生態(tài)學(xué)研究，以及開(kāi)發(fā)創(chuàng)新藥物治療人類(lèi)重大疾病和植物保護(hù)分子都具有重要意義[3].

1 傳統(tǒng)基因組層面天然產(chǎn)物生物合成途徑解析策略

傳統(tǒng)生物學(xué)研究原核生物天然產(chǎn)物的生物合成途徑的方法主要是通過(guò)基于功能基因組學(xué)和生物信息學(xué)的cDNA克隆測(cè)序及表達(dá)序列標(biāo)簽(ESTs)特性分析[4].由于原核生物中催化功能相近的蛋白的基因同源性高，并且成簇(clusters)存在，在使用上述方法時(shí)更為方便快速.但在研究真核生物體系次生代謝產(chǎn)物的生物合成途徑時(shí)，由于真核生物復(fù)雜的機(jī)體狀態(tài)和不同的環(huán)境條件，次生代謝產(chǎn)物的生物合成途徑也會(huì)千差萬(wàn)別，再使用和原核生物一樣的方法進(jìn)行研究，不僅工作量巨大，而且對(duì)于復(fù)雜生物體中的酶催化反應(yīng)可能并不適用.此外，細(xì)胞中的蛋白表達(dá)水平可能并不對(duì)應(yīng)負(fù)責(zé)細(xì)胞代謝、調(diào)控和信號(hào)傳導(dǎo)的酶活性.例如一些反應(yīng)可能需要幾種不同的蛋白協(xié)同作用，共同催化反應(yīng)的進(jìn)行，而基因組轉(zhuǎn)錄不一定能夠發(fā)現(xiàn)這些蛋白;再者，由于蛋白質(zhì)的活性被很多翻譯后修飾事件所控制，如磷酸化、甲基化、糖基化等，這些修飾后的活性蛋白的含量才能真正反映蛋白質(zhì)在生理?xiàng)l件下的功能狀態(tài)，因此僅僅在表達(dá)層面研究蛋白是不全面的.

與原核生物相比，研究來(lái)源于真核生物的天然產(chǎn)物的生物合成途徑存在著更大的挑戰(zhàn).首先，真核生物基因組龐大，遺傳背景復(fù)雜，難以獲取高質(zhì)量基因組序列;其次，真核生物，特別是植物天然產(chǎn)物生物合成基因大多數(shù)情況下并不成簇分布在植物基因組中，無(wú)法利用原核生物天然產(chǎn)物生物合成研究中常用的基因簇挖掘(genome mining)的方法來(lái)鑒定植物天然產(chǎn)物生物合成途徑;最后，植物等真核生物生長(zhǎng)周期相對(duì)原核生物更長(zhǎng)，遺傳操作相對(duì)復(fù)雜，很難通過(guò)體內(nèi)敲除直接驗(yàn)證相關(guān)基因的功能.目前，在植物天然產(chǎn)物生物合成研究中的方法十分有限，包括了轉(zhuǎn)錄組分析、活性導(dǎo)向蛋白分離以及基于同源性的反向遺傳學(xué)研究等[5].但這幾種方法也有自身的一定局限性，不能有效促進(jìn)植物中全新功能蛋白的發(fā)現(xiàn)，因此，開(kāi)發(fā)出新穎高效的研究方法對(duì)于植物天然產(chǎn)物生物合成來(lái)說(shuō)具有重要意義.

2 基于分子探針和化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)的天然產(chǎn)物生物合成途徑解析策略

鑒于基因組或轉(zhuǎn)錄組層面研究蛋白功能存在上述缺陷，21世紀(jì)初，來(lái)自美國(guó)Scripps研究所的Benjamin Cravatt教授首次提出了基于活性/親和性蛋白質(zhì)譜(Activity/affinity-based protein profiling，ABPP)的概念，在功能蛋白質(zhì)組層面研究蛋白功能[6].ABPP運(yùn)用基于活性分子設(shè)計(jì)合成的高選擇性的分子探針(activity-based probe，ABPs)對(duì)蛋白質(zhì)的功能與結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，它不僅應(yīng)用于鑒別與活性分子相互作用的蛋白質(zhì)，同時(shí)也對(duì)其相互作用模式進(jìn)行研究，在經(jīng)典蛋白質(zhì)組學(xué)與功能蛋白質(zhì)組學(xué)間起到橋梁作用.基于活性探針(ABPs)能夠在復(fù)雜的生物樣品中特異性地標(biāo)記處于功能狀態(tài)下的蛋白質(zhì)，該技術(shù)可以更直接地獲取目標(biāo)蛋白功能/結(jié)構(gòu)層面的重要信息，而不僅僅是蛋白表達(dá)層面，因此具有更為重要的意義.ABPP策略彌補(bǔ)了其他蛋白質(zhì)組學(xué)方法的不足，已經(jīng)成為功能蛋白質(zhì)組學(xué)研究的主要策略之一(如圖1所示).根據(jù)探針結(jié)合蛋白的功能可分為3類(lèi):受體靶標(biāo)(天然產(chǎn)物在異源體系發(fā)揮藥效的生理靶標(biāo))、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(天然產(chǎn)物在生源或異源物種的細(xì)胞器轉(zhuǎn)運(yùn))、代謝酶(催化天然產(chǎn)物生源合成或分解，或稱(chēng)催化元件).截至目前，化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)策略已經(jīng)廣泛用于藥用天然產(chǎn)物的異源(人)靶標(biāo)或受體發(fā)現(xiàn)，本綜述將通過(guò)近10年來(lái)的4組實(shí)例介紹該策略用于天然產(chǎn)物生物合成途徑相關(guān)酶類(lèi)挖掘方面的提出、發(fā)展以及應(yīng)用.

圖1 基于分子探針和化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)的天然產(chǎn)物生物合成途徑(代謝酶)的解析策略

2.1 膽固醇和膽酸

膽固醇(cholesterol)是人體組織細(xì)胞所不可缺少的重要代謝物.作為ABPP技術(shù)的創(chuàng)始人和引領(lǐng)者，Cravatt研究組在2013年合成了一系列基于膽固醇分子骨架的光親和探針(如圖2(a)所示)，用于在哺乳動(dòng)物細(xì)胞(HeLa)的活性蛋白質(zhì)組中篩選膽固醇結(jié)合蛋白[7].結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該探針能夠標(biāo)記并富集膽固醇生源合成途徑中幾乎所有的酶(如圖2(b)所示).盡管該研究并不是在植物體系內(nèi)完成，其結(jié)果首次給出了明確的提示:基于酶催化的底物或產(chǎn)物的衍生探針，通過(guò)化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)策略標(biāo)記、富集并鑒定天然產(chǎn)物生物合成途徑中的催化元件是完全可行的.

圖2 活性/親和性導(dǎo)向的蛋白質(zhì)譜技術(shù)(ABPP)應(yīng)用于膽固醇生物合成途徑蛋白的富集[7]

2017年，北京大學(xué)的研究人員運(yùn)用類(lèi)似策略，以天然膽酸(Bile acid)分子結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并優(yōu)化了一系列可以模擬膽酸生物學(xué)功能的光親和探針，結(jié)合基于活細(xì)胞穩(wěn)定同位素標(biāo)記(Stable Isotope Labeling by Amino acids in Cell culture，SILAC)的定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，在細(xì)胞水平上全面探尋了哺乳動(dòng)物體內(nèi)可以和膽酸分子特異性相互作用的潛在蛋白靶點(diǎn)[8].該方法成功鑒定到了600多個(gè)高置信度的膽酸相互作用蛋白，其中涵蓋了膽酸的內(nèi)源受體、轉(zhuǎn)運(yùn)體及其生物合成途徑的催化元件.

2.2 原花青素

原花青素(Proanthocyanidin)是一類(lèi)由兒茶素(Catechin)、表兒茶素(epi-Catechin)或沒(méi)食子酸聚合而成的多酚類(lèi)黃酮化合物.廣泛存在于水果、蔬菜、花朵、堅(jiān)果和樹(shù)皮中.在植物體內(nèi)可轉(zhuǎn)變?yōu)榛ㄇ嗨?流行病學(xué)資料表明花青素有降低腸胃癌癥風(fēng)險(xiǎn)、心血管病風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防女性尿路感染等作用[9].無(wú)色花色素雙加氧酶(Leucoanthocyanidin dioxygenase，LDOX)是花色素生物合成最后步驟的關(guān)鍵酶之一，催化無(wú)色花色素(Leucoanthocyanidin)氧化聚合并生成帶有顏色的原花青素.

2011年，Chaluneau等設(shè)計(jì)并合成了一系列固載黃酮類(lèi)天然產(chǎn)物的樹(shù)脂(如圖3(a)所示)，并在蛋白質(zhì)組富集潛在的催化原花青素生物合成最后一步的酶[10].在初步的可行性分析實(shí)驗(yàn)中他們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)黃酮B環(huán)的鄰苯二酚結(jié)構(gòu)的一個(gè)羥基進(jìn)行化學(xué)衍生所獲得的樹(shù)脂無(wú)法富集LDOX蛋白，而對(duì)A環(huán)C3位進(jìn)行化學(xué)修飾獲得的樹(shù)脂成功特異性富集了LDOX蛋白.2014年，Carrie等對(duì)兒茶素和表兒茶素進(jìn)行化學(xué)衍生，合成了生物素化的探針(如圖3(b)所示)[11].由于大部分天然黃酮含有鄰苯二酚結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)高碘酸鈉處理將其氧化成具有強(qiáng)親電活性的鄰苯醌結(jié)構(gòu)并共價(jià)修飾包括生物合成酶在內(nèi)的潛在的結(jié)合蛋白(如圖3(c)所示).將該系列生物素化探針與LDOX共孵育后，加入高碘酸鈉，使探針在原位(in situ)選擇性共價(jià)修飾LDOX.結(jié)果顯示，在高碘酸鈉存在下，探針成功結(jié)合了LDOX蛋白，且其結(jié)合程度大大優(yōu)于傳統(tǒng)的光親和探針(如圖3(d)所示).加入還原劑抗壞血酸鈉顯著降低探針標(biāo)記，證明鄰二醌中間體在標(biāo)記中是不可或缺的.同時(shí)，在體系內(nèi)加入BSA蛋白后，探針仍然主要結(jié)合LDOX，說(shuō)明該結(jié)合是具有結(jié)構(gòu)選擇性的.盡管該探針最終未被用于植物中黃酮生物合成元件的挖掘，它首次證明了將基于親和性探針用于植物天然產(chǎn)物生物合成酶的標(biāo)記是完全可行的.

圖3 原花青素生物合成途徑LDOX酶的富集和標(biāo)記[10-11]

2.3 桑白皮中D-A類(lèi)型天然產(chǎn)物

桑白皮是來(lái)源于?？浦参锔さ囊环N傳統(tǒng)中藥，具有止咳、平喘、抗炎等功效，其作為“復(fù)方SH”的主要成分已被泰國(guó)政府批準(zhǔn)用于治療艾滋病.桑白皮中含有一類(lèi)特殊的Diels-Alder(D-A)類(lèi)型天然產(chǎn)物，它們具有共同的環(huán)己烯骨架結(jié)構(gòu)，具有多樣的生物活性.生源上，這類(lèi)天然產(chǎn)物是由查爾酮(親二烯體)和不同二烯體發(fā)生分子間Diels-Alder反應(yīng)形成的.揭示桑樹(shù)中全新的分子間Diels-Alder反應(yīng)酶，不僅會(huì)極大地豐富對(duì)D-A反應(yīng)酶的認(rèn)知，也會(huì)促進(jìn)?？浦参镏羞@類(lèi)具有重要生物活性的D-A類(lèi)型天然產(chǎn)物的開(kāi)發(fā)和利用.

為了找尋桑樹(shù)愈傷組織中催化morachalcone A(2)和二烯體(4)發(fā)生分子間D-A反應(yīng)的酶，北京大學(xué)雷曉光研究組與合作者開(kāi)發(fā)了一種基于天然生物合成中間體探針(Biosynthetic Intermediate Probes，BIPs)的化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)策略，對(duì)親二烯體morachalcone A進(jìn)行化學(xué)衍生合成光親和探針(如圖4(a)～(b)所示)，與具有高催化活性的桑樹(shù)愈傷組織蛋白組分孵育并進(jìn)行紫外交聯(lián)，然后進(jìn)行后續(xù)的靶標(biāo)富集實(shí)驗(yàn)(如圖4(c)所示)，洗脫后通過(guò)銀染找到了可能與探針?lè)肿哟嬖谙嗷プ饔玫牡鞍?，并?duì)互作蛋白膠內(nèi)酶切后的肽段進(jìn)行質(zhì)譜檢測(cè)[12].結(jié)果表明，被探針富集的條帶中包含了BBE-like protein，暗示桑樹(shù)中的BBE-like protein很可能是D-A反應(yīng)酶.隨后，研究人員對(duì)桑樹(shù)愈傷組織進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，共鑒定出了14個(gè)BBE-like protein家族蛋白，并對(duì)轉(zhuǎn)錄水平最高的兩個(gè)基因(Ma MO和MaDA)進(jìn)行了表達(dá)純化以及功能驗(yàn)證.酶學(xué)活性測(cè)試發(fā)現(xiàn)，Ma MO能夠氧化moracin C(3)生成二烯體(4)，而MaDA能夠催化二烯體(4)和morachalcone A(2)發(fā)生分子間環(huán)化反應(yīng).后續(xù)生化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，作為一個(gè)催化分子間Diels-Alder反應(yīng)的酶，MaDA對(duì)二烯體和親二烯體都具有很好的底物兼容性，可作為一種高效的生物催化劑，用于D-A類(lèi)型化合物的合成.

圖4 分子探針技術(shù)應(yīng)用于桑白皮中D-A類(lèi)型天然產(chǎn)物生物合成途徑相關(guān)蛋白的挖掘[12]

綜上，基于生物合成中間體探針的化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)策略從蛋白和底物結(jié)合的角度為植物天然產(chǎn)物生物合成途徑的研究提供了新的思路.近期，該研究組與合作者報(bào)道了自然界中催化不同endo/exo選擇性Diels-Alder反應(yīng)的酶，利用這兩類(lèi)酶實(shí)現(xiàn)了一系列D-A產(chǎn)物的高效精準(zhǔn)合成，并解析了這兩類(lèi)不同反應(yīng)的催化機(jī)制，為后續(xù)D-A反應(yīng)酶的開(kāi)發(fā)和在藥物合成上的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)[13].

2.4 甜菊糖苷

隨著20世紀(jì)60年代世界范圍內(nèi)禁止使用甜精和糖精等合成甜味劑，及后來(lái)對(duì)蔗糖攝食過(guò)多的危害性的不斷認(rèn)識(shí)，出現(xiàn)了以天然作物生產(chǎn)甜味劑替代蔗糖的發(fā)展要求.甜菊糖苷(Stevioside)，簡(jiǎn)稱(chēng)甜菊糖，是從甜葉菊(Stevia rebaudiana Bertoni)葉片中提取得到的一種高甜度、低熱量的天然甜味劑，其甜度相當(dāng)于蔗糖的200～350倍，熱量是蔗糖的200～300分之一，是目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的可替代蔗糖的理想的健康新糖源.現(xiàn)已鑒定出甜葉菊中的甜味成分均屬甙類(lèi)，是雙萜衍生物甜菊醇(steviol)糖基化后生成的多種糖苷類(lèi)化合物.目前的研究發(fā)現(xiàn)該類(lèi)糖基化反應(yīng)都是由UDP依賴(lài)型糖基轉(zhuǎn)移酶催化的，該類(lèi)酶將一個(gè)糖基從一個(gè)活化的供體(通常是UDP-葡萄糖)轉(zhuǎn)移到受體分子上.隨著研究技術(shù)的發(fā)展，目前有34種甜菊糖甙類(lèi)化合物被鑒定并報(bào)道.但是，在甜葉菊中只發(fā)現(xiàn)了數(shù)十種UGT轉(zhuǎn)移酶，且只有有限的幾個(gè)糖基轉(zhuǎn)移酶可以確證在甜菊糖苷的生物合成中起到作用[14].

針對(duì)這一不對(duì)等的數(shù)據(jù)信息積累和發(fā)展，為高效解析甜菊糖苷生物合成途徑，挖掘新的UGT元件，Li等利用活性分子探針導(dǎo)向的定量化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)策略，以二萜貝殼杉稀骨架衍生的甜菊醇(steviol)為基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)化學(xué)小分子探針ST-Dayne和ST-yne，分別實(shí)現(xiàn)在非模式植物的富產(chǎn)甜菊糖苷同源宿主(甜葉菊)和不產(chǎn)該類(lèi)化合物異源(擬南芥)模式植物的活性蛋白質(zhì)組中標(biāo)記并富集目標(biāo)作用蛋白，從與甜菊醇骨架結(jié)合的蛋白中篩選具有特定催化活性的糖基轉(zhuǎn)移酶[15-16].同時(shí)他們還基于非模式植物的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)構(gòu)建了蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫(kù)，從而依托成熟的質(zhì)譜技術(shù)解析蛋白質(zhì)序列，高通量獲取甜菊糖苷生物合成途徑中的多種轉(zhuǎn)糖酶元件.該研究發(fā)現(xiàn)，甜葉菊來(lái)源的UGT73E1、UGT76G3和擬南芥來(lái)源的UGT73C1等糖基轉(zhuǎn)移酶可以作為潛在的生物合成元件獲得新穎的代謝產(chǎn)物.進(jìn)一步利用光親和探針標(biāo)記技術(shù)，他們還成功解析了各轉(zhuǎn)糖酶的底物結(jié)合位點(diǎn)，結(jié)合分子對(duì)接模擬計(jì)算對(duì)二萜化合物的糖基轉(zhuǎn)移酶的底物專(zhuān)一性識(shí)別機(jī)制進(jìn)行了解析.同時(shí)基于分子探針的設(shè)計(jì)，通過(guò)先活性反應(yīng)對(duì)代謝合成物富集然后解離代謝組分析的策略獲得關(guān)鍵代謝相關(guān)信息.以上兩方面相關(guān)功能蛋白酶和代謝物的解析信息實(shí)現(xiàn)了合成途徑的成功繪制(如圖5所示).

圖5 分子探針技術(shù)應(yīng)用于甜菊糖苷代謝物解析和轉(zhuǎn)糖酶元件的篩選[15-16]

盡管從概念上實(shí)現(xiàn)了基于化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)挖掘天然產(chǎn)物生物合成途徑轉(zhuǎn)糖酶元件這一設(shè)想并在甜葉菊和擬南芥等高等植物體系獲得一定成功，該策略仍然存在一定缺陷:首先，基于糖基受體底物，即甜菊醇(Steviol)衍生的含有報(bào)告基團(tuán)(炔基)和光親和基團(tuán)(偶氮丙啶)的“全功能探針”ST-Dayne的選擇性較差，富集大量非轉(zhuǎn)糖酶蛋白;其次，衍生化引起探針結(jié)構(gòu)改變，無(wú)法完整覆蓋甜菊糖苷的合成途徑;再次，無(wú)法通過(guò)組學(xué)結(jié)果確認(rèn)轉(zhuǎn)糖酶及其對(duì)應(yīng)的酶反應(yīng)底物和產(chǎn)物，活性表征完全依賴(lài)于后期異源表達(dá)和生化驗(yàn)證，甚至需要通過(guò)大量正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行篩查.為解決以上問(wèn)題，Wong等開(kāi)發(fā)了一種雙分子探針策略，基于轉(zhuǎn)糖酶的催化活性原位合成探針[17].具體而言，在糖基受體分子上衍生報(bào)告基團(tuán)(炔基，alkyne)塊;在糖基供體(UDP-glucose)分子上衍生光親和模塊(diazirine)，這兩個(gè)模塊分別使用時(shí)均無(wú)法通過(guò)化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)方法富集蛋白.但是，在特異性轉(zhuǎn)糖酶的催化下，這兩個(gè)模塊“合二為一”，生成同時(shí)含有報(bào)告基團(tuán)和光親和基團(tuán)的產(chǎn)物“全功能探針”，并在紫外激發(fā)下在原位特異性標(biāo)記催化其生成的轉(zhuǎn)糖酶，最后通過(guò)傳統(tǒng)的化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)方法鑒定該轉(zhuǎn)糖酶.利用該方法，研究人員不僅成功驗(yàn)證了前期鑒定功能的UGT85C2，UGT73C1，UGT91D2等轉(zhuǎn)糖酶，還在擬南芥中發(fā)現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)糖酶UGT73C5可同時(shí)催化甜菊醇C13-羥基和C19-羧基的糖基化，為由甜菊醇一步合成甜茶素提供了全新的轉(zhuǎn)糖酶元件(如圖6所示).

圖6 雙分子探針策略應(yīng)用于甜菊糖苷轉(zhuǎn)糖酶元件的篩選[17]

3 結(jié) 論

化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)利用小分子探針，在復(fù)雜的細(xì)胞或組織的蛋白質(zhì)組樣品中直接監(jiān)測(cè)和讀取靶標(biāo)蛋白的活性和結(jié)構(gòu)狀態(tài)，并通過(guò)探針上的報(bào)告基團(tuán)將被標(biāo)記的靶標(biāo)蛋白富集出來(lái)，利用在生物大分子質(zhì)譜上加以檢測(cè)和分析，這一創(chuàng)新性技術(shù)極大地加速了蛋白質(zhì)功能的研究.傳統(tǒng)的天然產(chǎn)物生物合成途徑解析策略旨在基因/轉(zhuǎn)錄組和代謝組之間建立直接聯(lián)系(如圖6所示).隨著高分辨蛋白質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的研究人員開(kāi)始聚焦基因/轉(zhuǎn)錄組與代謝組之前的重要橋梁-蛋白質(zhì)組(如圖7所示).

圖7 傳統(tǒng)基因組策略和基于分子探針的化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)策略研究天然產(chǎn)物生物合成途徑(代謝酶)

近10年來(lái)，化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在天然產(chǎn)物生物合成途徑解析領(lǐng)域取得了一定進(jìn)展，但還存在以下幾個(gè)缺陷:1)蛋白質(zhì)組學(xué)發(fā)展至今，仍依賴(lài)基因組或轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，從頭測(cè)序技術(shù)尚不成熟，限制了其在非模式植物的進(jìn)一步應(yīng)用;2)分子探針的構(gòu)建可能對(duì)天然產(chǎn)物-代謝酶結(jié)合造成影響;3)植物和某些微生物中含有大量次級(jí)代謝產(chǎn)物，難以獲取高質(zhì)量活性蛋白.以上缺陷仍需在未來(lái)的研究中不斷改進(jìn)和克服.