生物素标记技术正在经历一场"时空分辨率革命"。从 2012 年 BioID 问世，到 2018 年 TurboID 将标记时间从 18-24 小时压缩至 10 分钟，再到 2026 年 6 月中国科学院化学研究所在《德国应用化学》（Angewandte Chemie）上发表的 STePTag 技术——邻近标记首次从细胞水平跃升至活体器官水平。对从事蛋白质组学研究的课题组而言，这意味着过去只能在培养皿里回答的问题，如今可以在活体动物身上直接求解。

本文系统梳理邻近生物素标记技术三次跃迁的核心逻辑，并讨论 2026 年最新突破对科研服务的新需求。

一、第一代：BioID（2012）

BioID 利用突变的生物素连接酶 BirA*（R118G），将生物素活化为生物素-AMP（bioAMP），对周围约 10 nm 半径内的蛋白质进行非特异性生物素化。

特点：

• 标记半径：约 10-20 nm

• 标记时间：18-24 小时（孵育生物素）

• 优势：标记稳定，适合研究长时间尺度的稳定互作组

• 局限：标记窗口太长，动态过程（信号转导、受体内吞等）难以捕捉

BioID 的"慢而稳"使其在静态互作组绘制上仍占一席之地，但其时间分辨率的硬伤推动了第二代技术的诞生。

二、第二代：TurboID 与 miniTurbo（2018）

2018 年，David Ting 团队通过定向进化改造 BirA，标记速度提升约 15 倍——这就是 TurboID：

• 标记时间：10-30 分钟即可完成有效标记

• 活性：比 BioID 提升约 100 倍

• 应用范围：可在活细胞甚至活体动物（线虫、果蝇、小鼠）中应用

TurboID 让邻近标记从"静态快照"走向"动态追踪"，成为神经科学、细胞生物学研究的标配工具。其后续衍生工具同样值得关注：UltraID 分子量仅 19 kDa、标记速度更快；Split-TurboID 将酶拆分为两个无活性片段，仅在两片段因蛋白质相互作用而靠近时恢复活性，实现条件性 PPI 标记。

但 TurboID 也有副作用：诱饵蛋白自身被高度生物素化，导致免疫检测的"强标记背景"问题。

四、第三代：STePTag（2026）——活体器官级邻近标记

2026 年 6 月，中科院化学所发表于《德国应用化学》的 STePTag 实现了"活体器官级"邻近标记。

核心创新是给 TurboID 装上"分子开关"：

1. 将 TurboID 与大肠杆菌二氢叶酸还原酶（DHFR）融合

2. DHFR 在无其抑制剂甲氧苄啶（TMP）时不稳定会被降解，加入 TMP 后稳定化并激活 TurboID

3. 借助脂质纳米颗粒（LNP）将 mRNA 递送至小鼠靶器官

4. 注射生物素底物后 30 分钟内即完成肝脏分泌蛋白的原位标记

成绩单：

• 生理条件下鉴定出 93 种肝脏来源的分泌蛋白

• 急性肝损伤模型中捕获了 40 种动态变化的肝脏分泌蛋白

• 解析了醛脱氢酶分泌在药物性肝损伤中的保护作用机制

• 全程无需转基因动物

STePTag 把邻近标记从"培养皿里问问题"带到了"活体动物上问问题"的层级，对蛋白质组学研究的实验设计将产生深远影响。

五、2026 年三大并行动作

5.1 REC 标签——强标记下的"不变量"

2026 年 Scientific Reports 报道的 REC 标签是一段完全不含赖氨酸的短肽标签。TurboID 无法对其生物素化，因此在强标记条件下仍可被抗体清晰识别。

这一设计的深层价值在于：研究者可以在邻近标记实验中同步研究基于赖氨酸的修饰（如泛素化、乙酰化），而不被标签本身干扰。

5.2 从蛋白走向核酸——邻近标记的新边疆

• RNA-BioID / APEX-seq：将标记对象从蛋白质组延伸至 RNA，绘制亚细胞 RNA 图谱

• CRISPR-dCas9-TurboID：2026 年 1 月 Nature Plants 报道，将 dCas9 与 TurboID 融合，可解析特定基因组位点的邻近蛋白组——邻近标记已从"蛋白中心"走向"核酸中心"

5.3 ProtA-Turbo——免遗传操作的即用型工具

传统邻近标记依赖 CRISPR 敲入或质粒表达，限制了原代细胞、临床样本中的应用。ProtA-Turbo 通过 Protein A 模块直接结合目标蛋白的内源抗体，跳过遗传操作环节。

六、对科研服务的需求变化

邻近标记工具的"易得性"和"多样性"对定制合成服务提出了三层新需求：

纳孚生物长期提供蛋白表达载体构建、Biotin 修饰衍生物定制（含光裂解、二硫键可裂解、PEG 间隔臂等结构）以及邻近标记相关工具分子合成服务，为蛋白质组学课题组的工具升级提供上游支持。

七、给课题组的建议

1. 优先评估 UltraID 体积 + 速度优势：19 kDa 的小体积对神经元、干细胞等敏感体系更友好，建议在新建邻近标记实验时优先评估。

2. 强标记背景下必加 REC 标签：如果你计划做内源修饰（泛素化、乙酰化）分析，请同步设计 REC 标签作为不变量对照。

3. 活体实验从 STePTag 起步：对于需要活体动物水平的分泌组学研究，STePTag 的"LNP + mRNA 递送"路线比传统转基因动物更省时。

八、结语

从 BioID 到 TurboID 再到 STePTag，邻近生物素标记技术的核心脉络是"更快、更小、更接近生理"。2026 年的三大并行动作——REC 标签、核酸邻近标记、ProtA-Turbo——把这套工具的适用范围推到了更广的生物学场景。课题组在规划 2026-2027 年的蛋白质组学研究时，不妨把邻近标记工具升级纳入立项清单。

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