Anal Chem | 使用Opentrons Flex移液工作站构建μPAS微型自动化蛋白质组学平台

2026-06-15 12:39:56 合创生物工程（深圳）有限公司

在创新药物研发领域，天然产物一直是先导化合物的核心宝库，但其作用靶标鉴定效率低、分子机制不明确等难题，长期制约着天然产物的临床转化进程。尽管基于质谱的蛋白质组学已成为靶标鉴定的主流技术，但上游样品前处理环节仍高度依赖传统手动操作，不仅耗时费力、通量有限，更面临昂贵TMT/TMTpro标记试剂消耗量大、批次间重复性差等行业痛点，难以满足大规模、标准化的药物靶标筛选需求。

2026年5月18日，广州国家实验室商锦赛研究员团队在分析化学领域TOP期刊Analytical Chemistry上发表了题为“A Miniaturized, Automated Proteomic Sample Preparation Platform for High-Throughput Target Deconvolution of Natural Products”的研究论文。团队基于模块化的Opentrons Flex自动化移液工作站，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），该平台核心突破在于反应体积的微型化，将酶解和TMTpro标记的关键反应体积压缩至仅15–20 μL，较现有自动化方法缩减3–7倍。这种微量化设计显著提升了有效试剂浓度，降低了样本损耗，为天然产物及复杂生物活性化合物的高通量靶点解析提供了一种标准化、可扩展的创新技术解决方案。

文章页面截图

一

实验方法

1、还原与烷基化

取5 μg蛋白样本，利用Opentrons Flex自动化移液工作站加入TCEP，室温还原15 min，加入IAA，室温避光烷基化30 min，再加入DTT淬灭反应；

2、磁珠结合与洗涤

加入 SP3 混合磁珠及无水乙醇，反复吹打混匀后磁力分离，弃上清；采用80%乙醇洗涤磁珠2 次；

3、酶解与TMTpro标记

向磁珠中加入胰蛋白酶/Lys-C混合酶液，37℃恒温热振荡酶解4 h；直接加入40 μg TMTpro 16plex试剂，室温标记1 h；

4、肽段收集

加入羟胺淬灭标记反应，磁力分离后收集上清，合并洗涤液后真空干燥，用于后续液相色谱-串联质谱分析。

图1 μPAS的靶标鉴定流程

二

实验结果

自动化不仅解决了传统手动操作的通量瓶颈，更全面提升了蛋白质组学样品制备的性能与数据质量：

1. 核心性能：高效、经济、稳定

高效酶解：37℃，4 小时酶解条件下，多肽零漏切率达91%，与传统过夜酶解（≥12小时）效果相当，酶解时间缩短 67%以上；

节约成本：TMTpro标记效率> 96%，非特异性标记率< 5%，单样本仅需40 μg试剂，较现有方法节省2–7.5 倍成本；
稳定可靠：3 批次96通道样本处理的验证数据显示，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）＜8.0%。

图2. μPAS平台的样品前处理性能表现

2. 兼容多种靶标发现策略

μPAS展现出优异的方法学通用性，可整合TPP、PISA、iTSA三种主流靶标鉴定技术。使用甲氨蝶呤、帕比司他、雷替曲塞三种模式药物进行基准测试，均成功鉴定出已知靶标，同时还发现了雷替曲塞的潜在脱靶靶点，验证了平台在靶点鉴定和脱靶效应分析中的可行性。

3. 成功解锁18 种天然产物的潜在靶标

研究团队利用μPAS结合iTSA高通量策略，对18 种结构多样（黄酮类、萜类、生物碱类等）且此前缺乏明确靶点的天然产物进行了系统性解析，每种天然产物鉴定到1–125 个不等的潜在作用靶点。研究发现，化学结构相似的天然产物（如松属素与柚皮素、α-菠菜甾醇与榄仁树素）倾向于共享部分靶点，揭示了化学结构与生物靶标之间的内在关联。HIF1AN、FECH、TXNRD1等关键候选靶标通过Western blot 热稳定性实验得到进一步验证。

图3. 基于 μPAS 的天然产物靶标高通量解析

结论

本研究将Opentrons Flex自动化移液工作站与蛋白质组学样品制备技术深度融合，成功开发了μPAS微型自动化蛋白质组学平台。通过反应体积微型化的核心创新，该平台打破了传统方法中处理效率、试剂成本与反应性能之间的矛盾，可在6 小时内并行完成96 个样品的全流程制备，同时实现了高效酶解、高特异性标记与优异的批次稳定性。

基于μPAS平台建立的多策略靶标鉴定工作流，为天然产物及复杂生物活性化合物的靶标解析、机制研究和药物开发提供了标准化、高通量的技术新范式。该平台有望加速从天然产物库中挖掘具有新颖作用机制的先导化合物，推动创新药物研发的源头突破。

本文作者：

林越，硕士，广州医科大学

吴琼，助理研究员，广州国家实验室

商锦赛，研究员，广州国家实验室