创新不断，上新不止 | 蛋白修饰再添4大“新势力”，给你的研究加点新料！
2025-10-11
中科新生命
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此前，中科新生命发布了4个新的修饰组学服务，受到了市场的广泛关注与积极反馈。在此基础上，我们再次推出另外4种新修饰相关的产品——修饰泛抗体及修饰组学服务。本次涉及的4种新修饰分别为衣康酸化、半胱氨酸羧乙基化、甲基丙烯酰化和血清素化。
蛋白质衣康酸化是一种新型的蛋白质翻译后修饰，指的是衣康酸（Itaconate）通过其亲电性的α,β-不饱和羧酸结构与蛋白质中的半胱氨酸(C)残基发生迈克尔加成反应，从而对蛋白质进行共价修饰，也被称为S-衣康酸化（S-itaconation）[1]。
蛋白质半胱氨酸羧乙基化（Carboxyethylation）是一种新型的蛋白质翻译后修饰，指在体内代谢产物3-羟基丙酸（3-hydroxypropionate，3-HPA）的作用下，半胱氨酸(C)残基发生的一种修饰。由郑州大学第一附属医院、空军军医大学和上海大学研究团队联合在Science发表的题为“Cysteine carboxyethylation generates neoantigens to induce HLA-restricted autoimmunity”的长篇研究论文中揭示了半光氨酸羧乙基化的反应过程：在胱硫醚β合成酶（cystathionine-β-synthase，CBS）的催化下，3-HPA与半胱氨酸羧侧链巯基发生脱水反应，生成羧乙基硫醚[7]。
该项研究报道了半胱氨酸羧乙基化修饰的蛋白质可作为新生抗原，引发自身免疫性疾病。在强直性脊柱炎（Ankylosing Spondylitis，AS）患者中，整合素蛋白ITGA2B的第96位半胱氨酸发生羧乙基化，产生羧乙基化修饰肽。这些修饰肽可被MHC II复合物HLA-DRA*01/HLA-DRB1*04呈至细胞膜表面，进而刺激CD4+ T细胞反应，并诱导自身抗体产生。动物实验也显示，3-HPA给药联合羧乙基化抗原肽免疫HLA-DR4转基因小鼠，可诱导小鼠出现肠炎及脊柱病变。除强直性脊柱炎外，研究人员还发现，在类风湿关节炎和系统性红斑狼疮患者的外周单核细胞中也存在羧乙基化的ITGA2B。这表明半胱氨酸羧乙基化可能在多种自身免疫性疾病的发病机制中都发挥着重要作用，但目前尚需进一步研究来明确其在这些疾病中的具体作用机制。
蛋白质甲基丙烯酰化（Methacrylation）是2021年首次被报道的一种新型的蛋白质翻译后修饰，涉及将甲基丙烯酰辅酶A（methacrylyl-CoA）添加到赖氨酸（K）残基上。甲基丙烯酰化是巴豆酰化修饰的一种异构体修饰，同时也是一种可逆修饰[8]。
发现甲基丙烯酰化修饰的研究论文同时揭示了甲基丙烯酸酯是甲基丙烯酰化的代谢前体，HAT1、SIRT1和SIRT2分别是甲基丙烯酰化的修饰酶（writer）和去修饰酶（Eraser）。此外，研究者在HeLa细胞中已鉴定出27个组蛋白甲基丙烯酰化修饰位点，为代谢和表观遗传调控之间的关联研究打开了一个新窗口[8]。
除了组蛋白上发现了甲基丙烯酰化修饰，在非组蛋白上也发现了甲基丙烯酰化修饰： Cyclophillin (CypA)的K125位点的甲基丙烯酰化可以增强CypA与TDP-43及其他异质核糖核蛋白（hnRNP）蛋白的相互作用，这可能与肌萎缩侧索硬化症（ALS）的病理机制相关[9]。
蛋白质血清素化（Serotonylation）是在谷氨酰转氨酶（TGMs），尤其是TGM2的作用下，血清素（serotonin，即神经递质5-羟色胺(5-HT)）与蛋白质谷氨酰胺（Q）位点发生的共价修饰 [10]。
血清素化于2019年在Nature上首次被报道，研究发现TGM2可以血清素化组蛋白H3K4me3标记的核小体，导致体内出现组合型H3K4me3Q5ser。H3K4me3Q5ser在哺乳动物中表现出普遍的组织表达模式，在大脑和肠道中富集。H3K4me3Q5ser富集在常染色质中，对细胞分化敏感，并与宽松的基因表达相关，如导致TFIID和H3K4me3相互作用的增强 [11]。2024年Nature上发表的“Histone serotonylation regulates ependymoma tumorigenesis”的研究，报道了组蛋白H3K5的血清素化为室管膜瘤发生的关键驱动因素。该修饰通过调控神经元和星形胶质细胞的基因表达，影响肿瘤微环境中的表观遗传调控[12]。
血清素化修饰的发现揭示了血清素参与生物学过程调控的新机制，这一机制与血清素通过其受体进行的经典调控方式截然不同。
目前报道的血清素化修饰底物包括小GTP酶（Rab3a, Rab27a, Rab4, RhoA, Rac1和Cdc42）、细胞外基质蛋白纤连蛋白、细胞骨架蛋白、组蛋白等。血清素化修饰参与血小板激活、平滑肌收缩、胰岛素释放及血糖调节、肺动脉高压发展、神经元分化、免疫耐受等生理功能，与疾病的进展密切相关[12]。
可通过这些修饰的特异性修饰泛抗体WB实验检测样本中的总修饰蛋白，主要用途有：
（1）比较不同样本/分组间整体蛋白修饰丰度；
（2）用于检测某个蛋白是否为修饰蛋白质及修饰程度；
（3）用于检测某个蛋白上的哪个目标氨基酸为主要的修饰位点（结合点突变）。
说明：修饰泛抗体WB图（左）显示了在样本中存在不同丰度的修饰蛋白；每个修饰的Dot plot图（右）显示了修饰泛抗体良好的特异性。
中科新生命同时联合战略合作伙伴杭州微米生物提供针对这几种新修饰的修饰组学服务：采用高特异性抗体富集目标修饰肽段+Astral高分辨质谱，实现对样本中目标修饰位点的高深度检测！
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衣康酸化
[1] 秦为,王初.衣康酸修饰的化学蛋白质组学分析[J].生命科学,2023,35(3):307-314
[2] Mills EL, Ryan DG, Prag HA, et al. Itaconate is an anti-inflammatory metabolite that activates Nrf2 via alkylation of KEAP1. Nature. 2018;556(7699):113-117.
[3] Zhang Z, Chen C, Yang F, et al. Itaconate is a lysosomal inducer that promotes antibacterial innate immunity. Mol Cell. 2022;82(15):2844-2857.e10.
[4] Liu Z, Liu D, Wang C. In situ chemoproteomic profiling reveals itaconate inhibits de novo purine biosynthesis in pathogens. Cell Rep. 2024;43(9):114737.
[5] Qin W, Qin K, Zhang Y, et al. S-glycosylation-based cysteine profiling reveals regulation of glycolysis by itaconate. Nat Chem Biol. 2019;15(10):983-991.
[6] Runtsch MC, Angiari S, Hooftman A, et al. Itaconate and itaconate derivatives target JAK1 to suppress alternative activation of macrophages. Cell Metab. 2022;34(3):487-501.e8.
半胱氨酸羧乙基化
[7] Zhai Y, Chen L, Zhao Q, et al. Cysteine carboxyethylation generates neoantigens to induce HLA-restricted autoimmunity. Science. 2023;379(6637):eabg2482.
甲基丙烯酰化
[8] Delaney K, Tan M, Zhu Z, et al. Histone lysine methacrylation is a dynamic post-translational modification regulated by HAT1 and SIRT2. Cell Discov. 2021;7(1):122.
[9] Zhu TY, Chen SY, Zhang M, et al. Genetically encoding ε-N-methacryllysine into proteins in live cells. Nat Commun. 2025;16(1):2623.
血清素化
[10] Jiang SH, Wang YH, Hu LP, et al. The physiology, pathology and potential therapeutic application of serotonylation. J Cell Sci. 2021;134(11):jcs257337.
[11] Farrelly LA, Thompson RE, Zhao S, et al. Histone serotonylation is a permissive modification that enhances TFIID binding to H3K4me3. Nature. 2019;567(7749):535-539. doi:10.1038/s41586-019-1024-7
[12] Chen HC, He P, McDonald M, et al. Histone serotonylation regulates ependymoma tumorigenesis. Nature. 2024;632(8026):903-910.
关于中科新生命
上海中科新生命生物科技有限公司（APTBIO）创立于 2004 年，由原中国科学院上海生命科学研究院蛋白质组研究中心孵化而来，是国内质谱多组学应用领域的开拓者。公司以 “AI + 质谱多组学” 双核驱动创新，构建智能化组学生态。拥有自主知识产权的质谱检测平台与 AI 大数据分析系统，聚焦科技服务、生物医药及大健康消费三大领域，为全球科研机构、医院、药企提供从基础研究到临床转化的一站式解决方案。融合多组学技术与人工智能，围绕生物标志物发掘、药物靶点筛选及个性化诊疗等方向，构建具有国际竞争力的组学数据库与算法模型，推动转化医学进程，加速创新药物研发，成为推动生命科学数字化升级的核心引领者。
