广州国家实验室开发自动化蛋白质组平台μPAS实现高通量药物靶标鉴定

       2026年5月18日，广州国家实验室商锦赛课题组在学术期刊Analytical Chemistry上发表题为“A Miniaturized, Automated Proteomic Sample Preparation Platform for High-Throughput Target Deconvolution of Natural Products”的研究论文，成功开发了微型自动化蛋白质组学样品制备平台μPAS（micro Proteomics Automation System），为呼吸系统疾病、重大慢病及新发传染病等药物靶标的高通量“解密”提供了标准化、可扩展的技术解决方案。
       天然产物是创新药物的重要来源，但其研发常受限于靶标鉴定效率低、机制不明确等难题，严重制约天然药物从基础发现走向临床应用。尽管基于质谱的蛋白质组学已成为靶标鉴定的主流手段，但上游样品前处理技术仍高度依赖传统手动操作，不仅费时费力，更面临样本前处理效率低、试剂消耗量大（尤其是昂贵的TMT/TMTpro标记试剂）等瓶颈，难以满足大规模、标准化的药物靶标鉴定需求。
       针对行业共性难题，研究团队基于第三代模块化机器人Opentrons Flex，创新性地将SP3磁珠辅助酶解与TMTpro标记技术整合为单一精简工作流程开发了μPAS平台，实现了蛋白质还原、烷基化、酶解及TMTpro标记的全流程自动化。μPAS通过优化反应体积的微量化：将酶解和TMTpro标记的关键反应体积大幅压缩，较现有自动化方法缩减约7倍，有助于提升有效试剂浓度。μPAS平台可在6小时内并行完成96个样品的全流程全自动处理，真正实现“无人值守”的高通量制备。
 

图1 自动化、高通量的μPAS平台用于高通量药物靶标发现

 
       μPAS平台在性能表现、方法兼容性及实际应用中均展现出突出优势，全方位满足药物靶标鉴定的规模化、精准化需求，具体体现在以下三方面：
       μPAS前处理性能高效、经济、稳定：高效酶解：37°C下4小时的酶解条件下，多肽零漏切率达91%（以往需过夜酶解小时才能达到类似效果）；节约成本：TMTpro标记效率>96%，单样本仅需40 μg试剂，大幅降低现有自动化方法成本；稳定可靠：处理288个样本（3批次×96孔）的数据显示，批次内和批次间蛋白强度的Pearson相关系数均>0.96，中位变异系数（CV）低于8.0%。
       μPAS兼容多种靶标发现策略：μPAS展现出良好的方法学兼容性，可灵活适配三种互补的细胞热位移靶标发现策略：TPP（热蛋白质组学）、PISA（蛋白质积分溶解度改变分析）和iTSA（等温偏移分析）。研究团队使用三种模型化合物对μPAS进行基准测试，均成功鉴定出已知靶标，充分验证了平台在自动化靶标发现中的可靠性与通用性。
       μPAS解锁已知活性天然产物的潜在靶标：研究团队利用μPAS结合单一温度点的等温偏移分析策略，对18种结构多样且此前缺乏明确靶点的已知活性天然产物（如黄酮类、萜类、生物碱等）进行了系统性潜在靶标解析。发现结构相似的天然产物（如松属素与柚皮素）倾向于共享部分靶点，揭示了化学结构相似性与生物靶标之间的内在关联。

图2 基于μPAS的已知活性天然产物靶标高通量解析

       μPAS平台突破传统蛋白质组学样品制备的效率与成本天花板，打通从天然产物活性发现到靶标鉴定的关键技术堵点，不仅支撑天然药物现代化研发，更为呼吸疾病、重大慢病、新发突发传染病等领域的大/小分子药物等靶向药物的快速靶标解析与机制研究提供标准化、可扩展的技术支撑。
       广州国家实验室商锦赛研究员、吴琼助理研究员为论文共同通讯作者，广州医科大学硕士生林越为论文共同第一作者。本研究得到了国家自然科学基金、广州国家实验室科研任务专项项目等资助。
       论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.6c01018