邻近标记技术（PLPs）作为一种新兴的标记工具，已从研究蛋白-蛋白相互作用逐步拓展至细胞-细胞相互作用（CCIs）。然而，现有的PLPs方法在标记CCIs时往往依赖于天然酶或小分子光催化剂，这些催化模块通常需要复杂的基因修饰或外部光照激活，从而限制了其在复杂生物体系中的应用。

近日，东南大学孙柏旺教授团队联合新乡医学院李瑶嘉博士，提出了一种创新的化学催化标记平台——人工金属酶标记技术（ArM-Tag）。该技术通过构建一种能够高效锚定于靶细胞膜的人工金属酶，并结合定向进化策略，实现了高效催化烯丙氧基脱除的生物正交剪切反应。ArM-Tag不仅克服了传统PLPs技术对基因修饰或光源的依赖，还成功应用于活细胞标记和细胞-细胞相互作用的精准记录。

关键研究进展

1） 高效催化烯丙氧基脱除反应的Pd配合物优化

研究团队首先合成并筛选了一系列Pd配合物，探索其催化烯丙氧基脱除反应的效率。由于该反应对亲核物具有较强的依赖性，在生物正交催化领域鲜有报道。实验进一步测定了优化Pd配合物在不同底物浓度及亲核物存在下的催化动力学特性，揭示了反应的限速步骤。

2）人工金属酶（Pd-SAV）的构建与优化

研究者将优化后的Pd配合物作为辅因子，并结合生物素-链霉亲和素（SAV）技术，成功构建了人工金属酶系统（Pd-SAV）。Pd-SAV克服了传统脱烯丙基反应对亲核物的依赖性。进一步结合定向进化技术，对S112和K121氨基酸进行定点突变，显著提升了Pd-SAV的催化活性。

3）人工金属酶的细胞膜锚定与生物兼容性

通过脂质锚定模块修饰优化的人工金属酶，研究团队成功实现了其快速定位至靶细胞膜（<10 min），并保持催化活性。该策略不仅展现出良好的生物兼容性， 还具有较强的蛋白酶抗降解能力，确保了酶在细胞膜上的稳定性。

4）活细胞标记与细胞-细胞相互作用检测

研究团队进一步将ArM-Tag应用于活细胞标记及CCIs研究，成功实现了CAR-T细胞与肿瘤细胞间相互作用的精准标记。这一成果展示了ArM-Tag在免疫细胞治疗、细胞追踪及细胞-细胞相互作用研究中的巨大潜力。

研究意义与展望

本研究提出了一种全新的生物正交催化策略，为化学生物学领域的细胞标记和细胞相互作用研究提供了新的工具。ArM-Tag作为一种无需基因修饰、光激活的标记方法，在细胞治疗、免疫疗法及生物医学研究等领域具有广阔的应用前景。

Chemocatalytic Cell Tagging Platform for Recording Cell-Cell Interactions via Engineered Palladium-Based Artificial Metalloenzymes

Zhiguo Gao, Ke Qin, Wei He, Yi Liang, Jiaying Yu, Zhimei Wang, Xuejing Li, Jian Chen, Zhuoer Cai, Jinzhong Hu, Huayu Liu, Dandan Wang, Yaojia Li, Baiwang Sun

文章的第一作者兼通讯作者为东南大学的博士后高志国。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202424738