近日，北京大学化学与分子工程学院、北大-清华生命科学联合中心陈鹏教授课题组以“Enzyme-Mediated Intercellular Proximity Labeling for Detecting Cell–Cell Interactions”为题在J.Am. Chem.Soc.报道了一种能够在活体和原位情况下捕获细胞之间相互作用的技术；美国化学会C&E NEWS于2月12日以“New labeling method can reveal cell-cell interactions”为题进行了专题报道。
不同细胞之间的相互作用和信息传递在包括免疫响应、器官发育、神经传导在内的众多生命活动中都扮演着关键角色。目前，研究细胞互作的方法大都需要已知参与的细胞类型，难以在复杂的活体环境下发现或研究未知的细胞间相互作用。为了解决这一难题，课题组借助“定向进化”技术和“邻近标记”策略，实现了细胞之间动态相互作用的原位捕获。这一被命名为EXCELL（Enzyme-mediated proximal cell labeling）的技术，通过将作者定向进化得到的分选酶（mgSrtA）展示在待研究的细胞表面，能够对与其相互作用的细胞进行原位捕获与鉴定，为研究细胞-细胞相互作用提供了有力的工具。
EXCELL方法用于捕获和鉴定细胞间相互作用
源自金黄色葡萄球菌的分选酶Sortase A（SrtA）能够催化分选肽（LPETG）和寡聚甘氨酸的共价连接。近期有文献报道将SrtA用于监测小鼠体内特定受体-配体介导的免疫细胞互作过程。但是该方法将SrtA与寡聚甘氨酸分别融合在相互作用的配体和受体细胞上，需要预知相互作用的细胞类型，并对两类细胞同时进行基因改造，因此无法捕捉未知细胞间的相互作用。为了突破这一瓶颈，他们设想获得一种针对未知细胞的标记方法。由于细胞表面蛋白中有大约5％含有N端单一甘氨酸，受此启发，他们希望获得一种对单个甘氨酸的N端氨基进行标记的分选酶，从而能够对任意细胞加以标记。为此他们建立了对SrtA进行定向进化的高通量荧光筛选平台，并成功获得了对单一甘氨酸进行标记的高活性SrtA突变体-mgSrtA，能够实现对任意细胞类型的有效标记。
作者分别借助亲和体-抗原（ZHER与Her2）和配体-受体（CTLA4与B7,CD40L与CD40）的相互作用来验证该方法的可靠性。实验证明展示在细胞表面的mgSrtA可借助邻近效应，将含有biotin标签的分选肽biotin-LPETG共价标记在与其相互作用的细胞表面。通过流式细胞术检测，他们发现biotin标记信号仅在相互作用细胞上有显著性增强， 由此可成功区分和捕获发生相互作用的细胞。
在两类细胞相互作用模型上应用EXCELL，可实现对互作细胞的有效标记
该方法首次将SrtA改造成高活性且具有更宽泛底物谱的“邻近标记”酶，并验证其对细胞相互作用的标记和追踪。文中指出，EXCELL方法无需将寡聚甘氨酸事先引入到对象细胞表面，因此适用于研究复杂体系中未知细胞类型的相互作用。同时，鉴于SrtA底物分选肽仅含五个氨基酸，并已成功应用于小鼠体内。该标记方法不仅易于监测，在未来还可以与多种下游分析平台兼容，完成对相互作用细胞的捕获、富集和测序，从而进一步得出细胞间相互作用在时间、空间、类型等多方面的信息。
近年来，一系列蛋白质邻近标记技术被开发并应用于蛋白质组学研究，此次开发的EXCELL技术实现了细胞互作的原位标记与捕获，将邻近标记策略从“胞内”拓展至“胞外”空间，在免疫应答、神经传导等领域具有广阔的应用前景。陈鹏为该论文的通讯作者，课题组博士毕业生葛韵、陈龙为共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金委、科技部和北京大学合成与功能生物分子中心的资助。
