活细胞核磁共振波谱可以提供细胞内生物大分子原子分辨水平的结构信息，是细胞内蛋白质研究的强有力工具。受制于核磁共振固有灵敏度低及细胞内谱线增宽造成的低分辨率，目前的方法仅用于几种丰度较高的小分子量蛋白质，对人源细胞中低丰度的大分子量蛋白质则难以观测，严重阻碍其应用。
中国科学院精密测量科学与技术创新研究院李从刚研究团队，以高灵敏的19F化学标记方法，结合电穿孔递送技术，实现了人源细胞内6-40 kD的结构蛋白观测，其检测浓度低至1.0 μM，接近了部分蛋白质的生理浓度，相关研究成果于2023年5月27日发表在《德国应用化学》。
本工作中发展的高灵敏探针wPSP-6F可以在温和的条件下，高效地连接到蛋白质半胱氨酸残基上，形成的碳硫键在细胞内非常稳定。与常规的3-氟酪氨酸标记相比，新探针的灵敏度提高10倍以上。除了较高的灵敏度，wPSP-6F探针同时具有较好的蛋白质构象分辨能力。以GB1突变体的二聚作用为例，19F信号可以在稀溶液或细胞内很好地区分其单体和二聚构象。实验结果表明细胞拥挤复杂的环境会极大地促进蛋白的二聚，其二聚解离常数减小30倍，其中细胞内非特异弱相互作用非常关键。
蛋白质的功能往往受到复杂细胞环境的调控，并在不同类型的细胞中表现出差异。本工作所建立的高效19F标记方法将拓展活细胞核磁共振的应用场景和范围，有望在人源细胞中近生理浓度下研究蛋白质生物学功能和筛选相关药物。