GPCR-PTM

输入GPCR（基因名/UniProt编号/蛋白名），即可在线查询PTM位点，包括已查证有实验报道的位点，有支持但尚未定论的位点（推断或相似性注释、数据库或文献命中、高通量单一检出），以及基于规则提出的预测位点。

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使用方法

安装依赖

requests>=2.28

网页界面

网页服务基于 Python 标准库，无需额外安装 Web 框架。

python webapp.py                 # 默认 http://127.0.0.1:8000，启动后自动打开浏览器
python webapp.py --port 9000     # 自定义端口
python webapp.py --host 0.0.0.0  # 允许局域网访问
python webapp.py --no-browser    # 启动后不自动打开浏览器

报告页内含三维结构视图：从 AlphaFold DB 拉取该蛋白的预测结构 ^15,16，把全部 PTM 位点按证据层着色（粉=已查证 / 银=有支持 / 紫=预测）标注到结构上，支持按层/PTM 类型过滤、按 pLDDT 置信度给卡通着色、悬停查看概要、点击打开证据详情。结构文件首次访问时下载并缓存到 data/structures/（AFDB 升级模型版本后最多 90 天内自动跟进重下），离线或该条目无预测模型时该区块自动降级为文字说明，其余报告不受影响。

命令行界面

python main.py ADRB2
python main.py P07550
python main.py OPRM1 --verbose

离线数据（iPTMnet / dbPTM 需预装）

程序默认只查在线接口（UniProt / PubMed / AlphaFold DB），开箱即用。iPTMnet 与 dbPTM 两路文献证据只有离线包、没有在线查询通道（iPTMnet 实时 API 因上游长期不可用已移除，dbPTM 官方仅提供批量下载），建议在使用前预先装好；缺失时分析仍可运行，但报告不含这两路文献位点，进度行会给出安装提示。装好离线包后，文献核验可离线完成（PubMed 摘要预热后 7 天内离线命中，见下）；序列获取与摘要过期后的重抓仍需联网。

• UniProt 离线包（下载约 120 MB，解压后磁盘约 475 MB，可选）：python update_ptm_db.py --uniprot（独立安装入口，7 天新鲜期内跳过重下；需强制重下时删除 data/uniprot_sprot_human.dat 后重跑）。可选件——缺失时自动纯在线运行，只是少一路 Swiss-Prot 离线证据通道。
• iPTMnet 批量包：python update_ptm_db.py --iptmnet。iPTMnet 唯一数据通道（实时 API 已移除），位点来源标注 "iPTMnet-bulk"。
• dbPTM 批量包：python update_ptm_db.py --dbptm。官方无在线接口：从 2025 新站（NYCU）下载四类实验文件，自动入库为本地 SQLite（约 160 MB，按蛋白索引、查询毫秒级），位点并入「有支持」层。--all 一次装齐上述三个离线包，装完自动做全 GPCR 域 PMID 摘要预热。
• 更新频率：两个批量包的上游更新都很慢——iPTMnet 的 ptm.txt 上次更新 2025-10，dbPTM 四类实验文件自 2021-09 未再变动；每 3–6 个月重跑一次 update_ptm_db.py --all 检查即可（文件未变时重复下载无副作用，仅耗时）。
• 文献核验缓存：PubMed 摘要按批抓取（每请求至多 200 条），首次分析一个受体通常数秒完成。摘要缓存 7 天过期后重抓（可见撤稿/勘误标记）；PubMed 明确回答“查无此编号”的死链引用同样缓存 7 天、到期自动复核（不反复空查）；网络故障不缓存、下次运行自动重试；断网时批量请求一失败即跳过整轮抓取（不对每条 PMID 逐条空转重试）。可选预热：python update_pmid_cache.py 一次抓全全人类 GPCR 域的摘要（实测约 956 条、约 2 分钟，含一次性 UniProt 离线包下载），此后 7 天内所有分析的文献核验离线秒回；该预热在 update_ptm_db.py 任一包安装成功后也会自动执行。

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结果说明

预测流程

基于规则的预测，不是机器学习。 程序不训练数据、不学习参数，而是套用明确、成熟的生物学规则，因此每个结果都有可追溯的理由、完全可复现。候选位点分三步产生：

1. motif扫描 —— 在序列中搜索公认的共识motif，每类 PTM 背后都有明确的生化机制：

   • 磷酸化 扫描丝氨酸/苏氨酸上的激酶共识（PKA、PKC、CK1、CK2、CDK/MAPK 等经典 motif ^1,2）。GRK（GPCR 激酶）没有可靠的线性 motif ^3,4，仅以"邻近酸性残基 + S/T 簇集"作弱位置提示 ^5,6。此外还扫描 GPCR 专属的 pXpp 三磷酸簇 [S/T]-X-[S/T]-[S/T]——三个磷酸化 S/T 残基（p 代表磷酸化的 S/T，不是脯氨酸），是 arrestin 募集的关键模块 ⁷。pXpp 在不同 GPCR 中的分布位置不同：趋化因子/肽类受体（class B）的 pXpp 富集于 C 端尾，胺类受体如多巴胺/肾上腺素能（class A）的 pXpp 则富集于较长的第三胞内环（ICL3）⁷。因此程序会先按受体的 arrestin 行为判组（依据 Isaikina 2023 的 Table S2 实验分类 ⁷，26 个受体；未命中者按 ICL3 长度回退），只在 pXpp 典型分布的区域报告，过滤原文标明 pXpp 缺失的区域——例如 class A 受体的 C 端尾 pXpp 命中会被过滤，反之 class B 受体的 ICL3 pXpp 会被过滤。
   • N-糖基化 扫描 N-X-S/T sequon（X≠P）。糖基化的本质是膜表面 trafficking 的质量控——缺少糖基化的受体会滞留胞内、难以到达细胞膜，但糖基化位点在 N 端还是胞外环并不关键（任一处都能补救表面表达）⁸。
   • 棕榈酰化 扫描胞内半胱氨酸（Cys），重点是 TM7 后膜旁区的 Cys——硫酯键把 Cys 锚定到质膜内侧，形成"第四胞内环"，稳定受体构象 ⁹。
   • 泛素化（保守版）扫描胞内赖氨酸（Lys）+ 邻近 PPxY 或 Pro-rich 区。泛素化决定受体内吞后的去向（降解或循环）¹⁰；Nedd4 家族 E3 连接酶通过其 WW 结构域识别底物的 PPxY (P-P-x-Y) motif 来完成泛素化"挂载" ^10,11。但 PPxY 多出现在 adaptor 蛋白（如 ARRDC3）上而非 GPCR 自身，因此此规则只能作保守弱提示，恒低置信。

2. 膜拓扑过滤 —— 只保留生化上正确的位置：N-糖基化必须在胞外（酶在内质网腔）；磷酸化/棕榈酰化/泛素化必须在胞内（激酶/E3 连接酶在胞浆）。这一步滤掉绝大多数假阳性。对磷酸化位点还会按其相对 TM7 的位置标注近端（TM7 后 ≤15aa，主要驱动脱敏）或远端（>15aa，主要驱动内吞与 arrestin 介导的信号）——对应 arrestin 的近端/远端 micro-locks 机制 ¹²。

3. 保守性与评分 —— 功能性 PTM 位点通常跨物种保守，因此与其他物种的直系同源比对，保守的位点权重更高，最后统一排序。得分为0–1的排序值，只用于排序，不代表概率；置信度High/Medium/Low由motif强度+保守性决定。共识motif只是必要而非充分条件，请把排序当作假设参考。

每条预测位点都附带支撑该规则的文献依据（HTML 报告中以可点击 DOI 形式给出，如 pXpp 位点对应 Isaikina 2023 ⁷、C 端尾位点对应 Sente 2018 ¹² 等），便于直接核验规则来源。

三维结构视图

报告页（网页端与 CLI 生成的自包含 HTML 均支持）提供 AlphaFold 预测结构上的位点映射 ^15,16：

• 残基编号与 UniProt 一致，位点与结构直接一一对应；放置标记前校验模型残基名与序列字母一致，序列版本漂移的位点跳过并计数注明。
• 渲染使用 vendored 的 3Dmol.js（BSD-3，本地 static/vendor/，无 CDN 依赖）；CLI 报告把渲染库与结构数据全文内嵌（约 1MB），双击离线可看；网页端经 /api/structure 懒加载，结构缓存在 data/structures/。
• 位点球颜色与序列标注/位点签一致（绿 L1 / 琥珀 L2 / 紫 L3）；弹窗内「在结构中定位」可跳转缩放到该残基。

文献核验

除了上述预测规则的来源文献，程序对数据库已有点位的文献引用也会做核验：抓取所引用 PMID 的 PubMed 摘要，确认是否真正支持"该残基+该PTM类型"，给出三种判定：

• 直接 —— 摘要点名了该残基与该修饰。
• 间接 —— 论文确实在讲该蛋白的该修饰，但未点名该残基。
• 不支持 —— 摘要指向的是别的残基或别的蛋白（例如把Tyr364的论文挂在Ser364位点上）。这类情况往往暴露了数据库的误归属。

局限性

这套规则本质是序列 motif + 膜拓扑 + 跨物种保守性的启发式组合，不是机器学习模型（如 NetPhos 或 PhosphoSitePlus 的 SVM/DNN），也没有做溶剂可及性计算（用"胞内环 + C 端尾"作膜可及性代理）。具体到各类 PTM：

• 磷酸化没有强线性 motif，假阳性偏高——这也是程序设置保守度权重而非单纯 motif 匹配的原因。pXpp 三磷酸簇的判组过滤依赖 Table S2 的 26 个受体（一手实验数据），未命中的受体走 ICL3 长度回退：只有 ICL3 明确很短（<~5aa）或很长（>100aa）才能判组，中间地带（5–100aa）无法判组、两区 pXpp 均保留（不过滤）。"多磷酸化簇"标注是基于局部 S/T 密度的代理，真正的 barcode 取决于磷酸化位点的组合与排列而非单纯密度 ¹³，所以这些标注只能定位候选区，不能判定确切的磷酸化模式。CK1 规则同样只能作弱提示：其共识为 pS/pT-X-X-S/T，要求候选位点上游第 3 位存在已磷酸化的引物残基 ¹⁴，而纯序列无法确认引物是否真的被磷酸化，因此 CK1 命中在所有激酶 motif 中权重最低、恒为低置信。其余激酶 motif 采用的是简化形式，与一手实验数据存在已知偏差：PKC 规则取传统简化写法 [S/T]-x-[R/K]（+1 位碱性，另以 i−1 位疏水残基加分），而定向肽库实验显示经典 PKC 同工酶偏好 +1 位疏水、碱性残基集中在磷酸化位点 N 端一侧（−3 等）¹⁷；CDK/MAPK 的完整共识为 S/T-P-x-K/R（碱性残基在 +3 ¹⁸），程序检查的是 +2 位、判据偏紧；CK2 规则同时接受 +2/+3 位酸性残基，较规范最小共识（+3 位酸性 ²）略放宽。GRK 弱提示的窗口与阈值（±7 位内 ≥2 个酸性残基、±10 位内 ≥2 个 S/T）为启发式设定、无文献出处；且"邻近酸性残基"的偏好存在亚型与底物依赖的反例（如 GRK2 对 NTSR1 的位点特异性磷酸化并不依赖上游酸性残基 ¹⁹），故该提示只参与排序，不能作为激酶归属的依据。
• 泛素化无可靠线性共识，PPxY 又常位于 adaptor（ARRDC3 等）而非 GPCR 自身，故 adaptor 介导的泛素化无法检出；该规则仅作保守弱提示，恒低置信、需实验确认。
• 保守性通过精确基因名查直系同源，主要命中哺乳动物，保守区域易饱和到接近 1.0。
• 三维结构视图使用 AlphaFold 预测模型而非实测结构 ^15,16：低 pLDDT 区域（偏橙红，多为无序 C 端尾与内环——恰是 PTM 密集处）构象不可靠，位点球仅表示序列位置映射，不代表实测构象；AlphaFold 覆盖不到的条目（如片段序列）无三维视图。

总体而言，所有预测位点都应视为可检验的假设，而非确证结果；排序用于优先级参考。

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数据来源

• UniProt —— 序列、拓扑、PTM注释与证据代码
• iPTMnet —— 带PMID的文献PTM位点（离线批量包：update_ptm_db.py --iptmnet，位点来源标注 "iPTMnet-bulk"；实时 API 通道已于 2026-08 移除）
• dbPTM —— 实验验证的PTM位点（离线批量包：update_ptm_db.py --dbptm，官方无在线接口）
• PubMed —— 逐条核验所用的摘要
• AlphaFold DB ¹⁶ —— 三维结构视图所用的预测结构（AF2，B-factor 列为 pLDDT）

License

本项目采用 MIT License 开源。引用结果时请注明底层数据来源（UniProt、iPTMnet、dbPTM、PubMed、AlphaFold DB）。三维视图内嵌 3Dmol.js（BSD-3-Clause，见 static/vendor/LICENSE-3Dmol.txt）。

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参考文献

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