研究方向
一个蛋白质在细胞内的生命轨迹就如同人的一生，从“出生”(合成)到“死亡”(降解)，会在不同的时间去到不同的地方(时空定位)，遇到很多的“人和事” (相互作用)，并承担着自己的“社会责任” (功能执行)。秦为课题组长期的研究目标是系统解析蛋白质组在时间，空间，相互作用和功能等多个维度中的动态调控。本课题组将广泛地结合化学生物学和基于质谱的蛋白质组学，围绕蛋白质动态调控，生物大分子相互作用，翻译后修饰等重要生物学问题，进一步发展功能驱动的，活体兼容的，具有时空动态分辨率的的新型化学蛋白质组学技术，并以此工具箱为基础，绘制时空分辨率多维度多水平的蛋白质互作及通讯图谱，分别从分子水平、细胞器水平和细胞水平对蛋白质的互作与通讯进行解析。具体研究大方向如下：
1. 活体兼容酶催化邻近标记技术的开发
蛋白质的功能在时间和空间等多个维度上发生着动态变化，发展多维度的蛋白质组学方法可以系统解析细胞内不同蛋白质的生命轨迹。其中，基于邻近标记的时空分辨组学技术已被广泛应用于鉴定特定细胞和亚细胞结构的组成蛋白，以及解析生物分子间的相互作用网络。然而，以 APEX2、TurboID 为代表的酶催化邻近标记技术仍存在自身局限，其应用通常局限于培养细胞体系，例如 APEX2 的过氧化氢毒性、TurboID 的生物素背景等。实现邻近标记从细胞水平到活体水平的技术革新，对于解析更具生理意义的蛋白质动态调控过程至关重要。本课题组致力于解决上述问题，开发可用于活体邻近标记的酶催化化学工具：课题组自成立以来，成功开发了新酶驱动的新型邻近标记技术 TyroID (Nat. Commun., 2025)，以及基于新化学机理、无需过氧化氢的 APEX2 邻近标记技术 Hi-APEX (Nat. Chem. Biol., in press)，摆脱了 APEX2 对过氧化氢的依赖。未来，本课题组将持续关注新型活体兼容酶催化邻近标记技术的开发，并将其应用于神经退行性疾病、肿瘤等重大疾病的动物模型中，解析病理机制，寻找药物靶点。
2. 活体兼容光催化邻近标记技术的开发
光催化邻近标记利用光催化剂在光照下原位产生活性物种，从而实现对蛋白质的高时空分辨率标记。然而，现有光催化邻近标记多依赖可见光激发，组织穿透性差且存在光毒性风险，其应用往往局限于培养细胞体系或浅表组织。为突破上述瓶颈，本课题组开发了近红外光催化邻近标记 SeeID (Nat. Commun., 2025) 与生物发光催化的邻近标记 BRET-ID (ACS Cent. Sci., 2025)，分别以近红外光与生物发光作为激发光源，克服了光催化邻近标记的光毒性和组织穿透性问题。未来，本课题组将进一步优化光催化剂的激发波长与催化效率，推动光催化邻近标记在深层组织及活体动物模型中的广泛应用。
3. 多尺度蛋白质行为与通讯的组学解析和机制探索
细胞内的蛋白质会在不同时间出现在不同的细胞区域，遇到其它生物分子并形成复杂的相互作用网络，共同承担细胞内的“社会责任”；细胞之间同样存在大量的蛋白质通讯与互作事件，共同维持多细胞生物的机体稳态，而蛋白质的行为与通讯往往受到其自身修饰及所处环境等多重因素的调控。为推进这一问题的解决，秦为博士在博士后期间开发了 TransitID 技术 (Cell, 2023)，首次实现了细胞内不同细胞器之间以及不同细胞之间蛋白转运的大规模分析。细胞内的各种细胞器，尤其是无膜包裹的生物凝聚体，蛋白质组成高度动态，且细胞器之间会发生瞬时动态的接触与互作、介导物质交流——这类事件难以通过传统生化分离方法研究，邻近标记的高时空分辨率使其成为理想工具。为此，课题组与合作者开发了多重门控邻近标记技术 Phase-APEX2 (BioRxiv, 2025)，实现了对无膜细胞器核心蛋白质组的高精准度解析。课题组成立以来，还开发了基于翻译后修饰的分泌蛋白质组学技术 PBSP (Nat. Commun., 2025)，鉴定了巨噬细胞中携带衣康酸修饰的分泌蛋白，并揭示了衣康酸修饰经外泌体分泌参与细胞间通讯的潜在调控机制；此外开发了基于蛋白质热稳定性的 RNA 调控蛋白鉴定技术 RTPP (BioRxiv, 2026) 和基于活性的药物外排泵底物筛选技术 BRIEF (Angew, 2024)，并与合作者开发了核小体去泛素化酶鉴定技术 (JACS, 2026)，实现了对蛋白质互作图谱的多尺度、多目标综合绘制。未来，本课题组将进一步鉴定并绘制不同体系中细胞器的异质性与瞬时动态相互作用图谱，对细胞间潜在的细胞器迁移与通讯进行检测鉴定与机理挖掘，同时结合化学设计与人工智能，建立更灵敏、更系统、更便捷的蛋白质多尺度转运研究方法与范式，在活体水平系统解析蛋白质的修饰、互作与通讯，为疾病的诊疗与药物开发提供助力。
主要科学贡献
1. 开发了新型邻近标记技术TransitID解析蛋白动态转运(Cell, 2023) ，并利用该方法首次实现了细胞内不同细胞器之间以及不同细胞之间蛋白转运的大规模分析。
2、开发了TyroID (Nat. Commun., 2025), Hi-APEX (Nat. Chem. Biol., in press), SeeID (Nat. Commun., 2025), BRET-ID (ACS Cent. Sci., 2025)等一系列活体兼容的邻近标记技术,克服了APEX2的过氧化氢毒性及光催化邻近标记的穿透性和光毒性等技术瓶颈，推动了邻近标记技术从细胞水平到活体动物水平的技术革新
荣誉与奖励
麻省理工科技评论中国区35岁以下35人
拜耳研究员奖
国家自然科学二等奖（第五完成人）
英国皇家化学学会化学生物学新锐科学家
清华大学学术新人奖
代表性论文：
(1) Chen, B.#; Guo, H.#; Yan, Z.; Lu, W.; Li, C.; Xu, S.; Zhang, Y.; Guo, H.; Sun, S.; Sun, X.; Zhao, S.; Shangguan, Q.; Chen, Y.; Lu, L.; Wu, Z.; Chen, Y.*; Qin, W.*. In vivo-compatible spatial multi-omics via hydrogen peroxide-independent APEX2 labeling. Nat. Chem. Biol. In press.
(2) Chen, YZ.#; Liu, ZY.#; Wang, YK.#; Lu, WJ.; Li, HY.; Wang, WJ.; Qiu, ZL.; Qiu, YJ.; Qing, H.; Xie, YX.; Liu, N.; Zhang, CG.*; Chen, Y.*; Qin, W.*. Multidimensional atlas of RNA-regulated proteins revealed by RNA-dependent thermal proteome profiling. BioRxiv, 2026.
(3) Chen, Z.#; Chen, YZ.#; Ding, HR.#; Huang, MD.#; Chen, WJ.; Fu, B.; Wang, MC.; Zhang, LQ.; Qin, W.*; Li, PL*. Mapping Core Components of Membrane-less Organelles in Living Cells by Phase-APEX2 Proximity Labeling. BioRxiv, 2025.
(4) Lu, WJ.#; Zhang, YL.#; Wang, P.; Ni, XR.; Zhuang, ST.*; Qin, W.*, Spatiotemporal profiling of modification-specific proteome secretion uncovers an itaconation-activated tyrosine kinase. Nat. Commun., 2025.
(5) Wang, WJ.#; Guo, HY.#; Yan, XS.#; Pan, XZ.; Wang, XF.; Rong, YM.; Bai, ZX.; Zhang, LW.; Wu, ZF.; Zhao, XY.; Huang, WR.; Qin, W.*; Chu, L.*, Silicon-rhodamine-enabled identification for near-infrared light controlled proximity labeling in vitro and in vivo.Nat Commun., 2025.
(6) Sun, XG.#; Zhang, YL.#; Lu, WJ.#; Guo, HY.#; He, GD.; Luo, SY.; Guo, HD.; Zhang, ZJ.; Wang, WJ.; Chu, L.; Liu, XY.; Qin, W.*, Precise and in vivo-compatible spatial proteomics via bioluminescence-triggered photocatalytic proximity labeling. ACS Cent. Sci., 2025.
(7) Zhang, ZJ.#; Wang, YK.#; Lu, WJ.; Wang, XF.; Guo, HY.; Pan, XZ.; Liu, ZY.; Wu, ZF.; Qin, W.*, Spatiotemporally resolved mapping of extracellular proteomes via in vivo-compatible TyroID. Nat. Commun., 2025.
(8) Sun, XG.#; Chen, Y.#; Yang, C.; Yang, S.; Lin, W.; Quan, BY.; Ding, Q.; Chen, X.*; Wang, C.*; Qin, W.*, Chemical recording of pump-specific drug efflux in living cells. Angew Chem Int Ed., 2024.
(9) Qin, W. #; Cheah, JS. #; Xu, C.; Messing, J.; Freibaum, BD.; Boeynaems, S.; Taylor, JP.; Udeshi, ND.; Carr, SA.; Ting, AY*. Dynamic mapping of proteome trafficking within and between living cells by TransitID. Cell, 2023.
