近日，中国科学院大连化学物理研究所叶明亮研究员团队与中国科学院生态环境研究中心汪海林研究员团队合作，发展了二维PELSA技术（2D-PELSA），实现了复杂生物体系中配体靶蛋白的高可靠鉴定与局部亲和力的直接测定。研究团队将其应用于17β-雌二醇（E2）的靶蛋白谱解析，发现E2能以微摩尔亲和力直接结合铁死亡负调控关键蛋白GPX4，并诱导GPX4表达下调、脂质过氧化和铁依赖性细胞死亡，提示铁死亡参与了E2诱导的细胞死亡过程。

图1 2D-PELSA可以在细胞裂解液等复杂体系解析配体的多维靶蛋白质空间

（一次实验可同时确定配体的靶蛋白、结合区域和局部亲和力）

配体–蛋白质相互作用是调控生命活动的重要分子基础。从内源性代谢物、激素和信号分子，到外源性药物及环境污染物，均可通过与蛋白质特定位点结合，引起蛋白质局部结构变化，进而调控蛋白质活性及相互作用网络。生物体系中的配体–蛋白质互作具有高度复杂性：一种配体可能结合多个具有不同亲和力的蛋白质，同一蛋白质也可能通过相同或不同功能区域响应多种配体。因此，要全面理解配体的生物学功能，不仅需要回答“配体结合了哪些蛋白质”，还需要明确“结合调控蛋白质哪些功能区域”以及“不同功能区域的结合亲和力有多强”。靶蛋白谱、结合区域和局部亲和力三个维度的整合，共同构成配体的多维靶蛋白空间。

面对结构类型多样的配体，如何建立广谱适用的蛋白质组学技术，在复杂样品中直接解析配体的多维靶蛋白空间，是该领域面临的重要挑战。叶明亮团队前期提出的以肽段为中心的局部稳定性探测方法（PELSA），无需合成探针即可在细胞裂解液等复杂体系中鉴定配体的结合靶蛋白及结合区域，灵敏度大幅超过国际上常用的TPP、LiP-MS等方法，并在代谢物、药物、金属离子及抗体等多类配体研究中展现出应用实力（Nat. Methods, 2025）。然而，如何从PELSA实验产生的海量肽段定量数据中准确筛选配体响应肽段、提高靶蛋白鉴定可信度，并进一步获取局部亲和力信息，仍是技术难点。为此，团队与汪海林团队合作，将肽段层次的剂量依赖响应分析引入PELSA，建立了2D-PELSA方法：通过设置配体浓度梯度和技术重复，构建“肽段–浓度”二维分析矩阵，绘制蛋白质不同区域随配体浓度变化的局部亲和力图谱，从而在提高靶蛋白鉴定可信度的同时，还能表征配体诱导的不同功能区域的结构变化并估算其局部亲和力。研究团队以广谱激酶抑制剂星形孢菌素为模型验证了方法性能：引入剂量响应曲线后，候选响应肽段中激酶来源肽段的比例由47%提升至84%；结合多肽段筛选策略，鉴定到110个高可信候选靶蛋白，其中98个为激酶，比例达89%。此外，2D-PELSA不仅可定位星形孢菌素的潜在结合区域，其测得的局部亲和力与传统方法测定的数据高度相关，还能识别远端变构区域及蛋白质复合物界面的局部稳定性变化，为阐明配体调控蛋白质功能的分子机制提供新的结构信息。

合作团队进一步将2D-PELSA应用于17β-雌二醇（E2）的靶蛋白谱解析，成功识别已知E2结合蛋白PDE3A和P4HB，并在乳腺癌BT474细胞中鉴定到24个具有中等表观亲和力（EC50：1–20 μM）的候选靶蛋白；随后通过多种正交实验验证了E2与GPX4及PTGR1的相互作用。整合蛋白质组学、脂质组学及细胞表型分析发现，E2处理引起GPX4表达下调、脂质过氧化及细胞内Fe²⁺水平升高，而铁死亡抑制剂仅能部分缓解细胞死亡，提示E2可能通过多靶点共同作用调控脂质代谢与细胞命运。

近年来，叶明亮团队持续推动PELSA技术的推广应用：发布了PELSA标准化实验手册，系统介绍了从样品制备到数据分析的完整操作流程（Nat. Protoc., 2026）；建立了PELSA自动化样品前处理平台AutoPELSA，有效提升了高通量样品处理的效率和重复性（Anal. Chem., 2026）。PELSA技术具有自主知识产权，已获得中国、澳大利亚、日本专利授权，美国、欧洲等其他国家和地区的专利正在审查中。

相关研究成果以“2D-PELSA maps multidimensional target landscapes and reveals E2–GPX4 engagement associated with ferroptosis”为题，于近日发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。该工作的第一作者为大连化物所李亚楠副研究员，通讯作者是叶明亮研究员与中国科学院生态环境研究中心汪海林研究员，脂质组学分析还得到了大连化物所许国旺研究员团队的帮助。 （文/图 李亚楠）

文章链接： https://doi.org/10.1038/s41467-026-78546-1