蛋白质和RNA在细胞内的空间分布及其动态变化与细胞功能密切相关。邻近标记技术通过在特定位置标记周围分子，为解析细胞器组成及分子邻近关系提供了重要工具。其中，APEX2兼具快速标记和支持蛋白质与RNA分析的优势，是空间组学研究的重要技术。然而，自其发展以来的十余年间，对外加过氧化氢的依赖始终是限制其应用的关键瓶颈：过氧化氢带来的毒性与氧化应激不仅可能干扰待研究的生物学过程，也使APEX2难以直接用于活体动物。如何解除这一依赖，同时保留APEX2的标记能力与现有研究体系，具有重要的方法学意义。

2026年10月29日，生命中心/清华大学药学院秦为课题组与中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所陈影课题组等合作，在《Nature Chemical Biology》发表题为“In vivo-compatible spatial multi-omics via hydrogen peroxide-independent APEX2 labeling”的研究论文。该研究开发了无需外加过氧化氢的邻近标记方法Hi-APEX，通过更换化学标记底物，在不对APEX2酶本身进行额外工程改造的情况下，实现了活细胞及活体小鼠中的空间组学分析。这一工作突破了传统APEX2标记对外加过氧化氢的依赖，为克服困扰该技术十余年的应用瓶颈、推动其从细胞研究走向活体研究提供了重要进展。

研究内容：

Hi-APEX的关键创新在于更换标记底物：利用四嗪-苯酚探针TP，使APEX2在无需外加过氧化氢的条件下实现邻近标记，再通过生物正交点击反应引入生物素标签，进行富集及后续的质谱或RNA测序分析（图1）。这一设计突破了传统APEX2对外加过氧化氢的依赖，为研究氧化还原敏感过程和开展活体标记创造了条件。该方法同时具有便于应用的特点：TP探针可商业获取，无需额外酶工程改造或光照激活，可沿用已有APEX2表达载体和亚细胞靶向设计，也为利用已有APEX2转基因动物模型开展活体空间组学研究提供了路径。

图1 Hi-APEX与传统APEX标记流程示意图。

在细胞层面，研究团队验证了Hi-APEX在多个亚细胞区域的标记能力，并开展蛋白质与RNA的空间组学分析。结合“脉冲—追踪”策略，该方法还可用于追踪蛋白质分泌过程。此外，团队将Hi-APEX应用于应激颗粒和铁死亡研究，展示了其在无需外加过氧化氢的条件下，解析氧化还原敏感过程及相关分子变化的能力。

在活体层面，研究团队在小鼠肿瘤移植模型中完成了mGPX4邻近蛋白的标记与鉴定（图2），并在海马神经元中开展了线粒体基质蛋白质组分析；同时，利用Hi-APEX-seq在肿瘤移植模型中实现了线粒体RNA富集和G3BP1邻近RNA分析。这些结果表明，Hi-APEX能够在活体内直接完成标记，将APEX2的应用拓展至活体组织环境，为研究蛋白质与RNA的空间分布提供了新的技术途径。

图2 Hi-APEX用于活体小鼠肿瘤移植模型中的mGPX4邻近蛋白质组分析。

综上，Hi-APEX通过更换标记底物，突破了APEX2长期依赖外加过氧化氢的瓶颈，将其应用拓展至氧化还原敏感过程和活体空间多组学研究。该方法所用探针可商业获取，无需额外酶工程改造，并兼容已有APEX2构建体，有望为不同细胞类型和疾病动物模型中的蛋白质与RNA空间动态研究提供便捷工具。

生命中心、清华大学药学院秦为副教授与中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所陈影研究员为论文共同通讯作者。清华大学药学院博士研究生陈勃祎和已毕业博士郭弘扬为论文第一作者。中国科学院遗传与发育生物学研究所武照伐课题组、清华大学卢磊课题组及北京大学第三医院陈依东研究员为本文提供了重要实验帮助。清华大学蛋白质研究技术中心成像平台为本研究提供了支持。本研究得到创新药物研发国家科技重大专项、国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国医学科学院医学与健康科技创新工程、北京市自然科学基金、北京市科技新星计划、笃实计划、膜生物学全国重点实验室、清华医学神经退行性疾病专项、及北京视觉科学与转化医学研究中心等项目与平台支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-026-02356-1