Cell | 首次发现新型蛋白质修饰“维生素C化”！何吓俤研究员等揭秘维生素C如何唤醒机体抗肿瘤免疫
2026-08-18
中科新生命
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维生素C的美白、抗氧化、防感冒的作用已被大众熟知，几乎成为家家必备的“国民营养素”。低剂量维生素C可预防坏血病，但高剂量维生素C在癌症治疗中的作用仍存在争议。
今天跟大家分享一篇上海交通大学医学院何吓俤研究员等团队发表在Cell期刊上的题为“Lysine vitcylation is a vitamin C-derived protein modification that enhances STAT1-mediated immune response”的文章。文章中提出一种新型维生素C抗肿瘤机制，为解释高剂量vitC抗癌“为什么有效”长期说不清的问题，提供了独立于活性氧（ROS）和TET酶介导的DNA去甲基化之外的第三条作用通路—维生素C化修饰。
研究摘要
研究者发现维生素C（Vitamin C，vitC）可直接修饰赖氨酸残基，形成一种此前未被发现的全新翻译后修饰-“维生素C化赖氨酸（vitcyl-lysine）”，并将该过程命名为“维生素C化修饰（vitcylation）”。机制层面，该修饰在STAT1蛋白K298位点发生，可阻断磷酸酶TCPTP对STAT1的去磷酸化，从而持续激活STAT1-干扰素（IFN）通路，上调肿瘤抗原呈递（MHC/HLA I类），最终在体外与体内激活抗肿瘤免疫。
研究结果
1. 发现并验证维生素C化修饰（vitcylation）
蛋白翻译后修饰通常由特定氨基酸侧链的化学改变驱动（如：乙酰化、甲基化、磷酸化等）。研究者通过观察化合物的结构发现，vitC抗坏血酸阴离子带有类似“内酯键”的活性结构。该结构与琥珀酸酐形成琥珀酰化、同型半胱氨酸硫内酯形成同型半胱氨酰化修饰类似，因此推测vitC与这些分子一样修饰赖氨酸的ε-氨基。
为验证上述猜测，研究者在体外合成赖氨酸肽段并将其与vitC（pH=7.4）共孵育一段时间后进行质谱检测，发现质谱上有+175Da的质量偏移，确认抗坏血酸阴离子修饰赖氨酸残基，形成维生素C化赖氨酸。使用同位素标记的维生素C变体（1-13C、2-13C、1,2-13C）实验、维生素C与不同氨基酸肽段共孵育实验，维生素C浓度变化、pH浓度变化等实验，进一步验证维生素C被特异性整合到赖氨酸残基中，且本修饰过程无需酶催化，具有一定的序列依赖性、维生素C剂量依赖性、pH依赖性（pH7.0到pH9.5-10.0vitC化逐渐增加，在更高pH下则下降）。
图1 维生素C能在无细胞系统中修饰肽的赖氨酸残基，生成维生素C化赖氨酸
2. 将vitC化从“体外肽段”推进到“细胞蛋白全景”，绘制全蛋白质组vitC化修饰蛋白图谱
研究者先对纯化后的蛋白进行维生素C处理，通过质谱验证该修饰可发生在完整蛋白质上，且在pH8.0比pH7.2更丰富，提示细胞定位或细胞生理状态会影响修饰程度。
使用2mM维生素C处理人Cal-51和小鼠E0771细胞，质谱分别识别到553和1405个vitC化修饰蛋白，且vitC化蛋白特异性发生在赖氨酸残基。亚细胞定位分析表明，vitC化修饰蛋白富集在多种细胞过程和信号通路中。同时，维生素C诱导的细胞蛋白赖氨酸修饰与无细胞体系中合成肽段观察到的修饰一致，在质谱上维生素C处理细胞产生的vitC化肽段和无细胞体中维生素C处理的合成肽段共流程，且具有相似的MS/MS谱图。表明，维生素C处理诱导细胞蛋白发生赖氨酸vitC化与上文结果一致。WB实验进一步验证胞内vitC化成维生素C剂量、时间和pH依赖性。
图2 维生素C诱导细胞蛋白中的赖氨酸发生维C化修饰
3. 机制解析STAT1维C化可增强STAT1的磷酸化与激活
随后，研究者聚焦赖氨酸vitC在细胞中功能机制。对经维生素C处理的E0771细胞中与癌症和免疫有关基因进行丰度变化和GSEA分析，发现维生素C处理可显著富集到与IFN-γ反应和炎症反应通路中。
由于STAT1可激活驱动IFN反应程序，聚焦STAT1发现维生素C处理可特异性诱导STAT1第298位赖氨酸（K298）发生维C化，该修饰以剂量和pH依赖方式促进STAT1 Y701磷酸化、核转位以及下游干扰素反应基因的转录，从而增强抗肿瘤免疫和炎症反应。通过构建K298R突变体等遗传实验，证实K298位点是维生素C调控STAT1活性的关键开关，该修饰在多种肿瘤细胞中普遍存在且具有STAT1特异性。
图3 STAT1 K298的维C化修饰调控 STAT1 的磷酸化与激活
4. STAT1vitC化可阻止STAT1被磷酸酶TCPTP去磷酸化
研究者进一步探索连接STAT1磷酸化与vitC化的分子机制。由于多种STAT1功能获得性（GOF）突变在蛋白结构上聚焦于K298附近，猜测STAT1‑K298 维C化可能通过阻断磷酸酶相互作用来阻止STAT1去磷酸化。
通过免疫共沉淀、邻近连接分析（PLA）分析发现，维C化可阻碍磷酸酶TCPTP与 STAT1结合，抑制TCPTP的去磷酸化作用，维持STAT1持续激活。Rosetta生物分子建模结果表明，K298维C化（及致病性GOF突变K298N）均能破坏STAT1反平行二聚体构象的稳定性，而反平行构象正是TCPTP结合所必需的；相反，平行二聚体得以保留。因此，无论是化学修饰（维C化）还是遗传突变（K298N），都通过反平行二聚体构象，逃避去磷酸化的物理化学机制，导致STAT1信号增强。
图4 STAT1 K298维C化修饰可阻止 TCPTP 介导的 STAT1 去磷酸化
5. STAT1 vitC化增强肿瘤细胞的 MHC/HLA I 类分子表达与免疫原性
先前研究表明STAT1磷酸化和激活可导致细胞中IFN介导的抗原加工与提呈。因此，后续进一步探索STAT1 vitC化是否以及如何调控抗原加工与提呈有关的组织相容性复合体（MHC）/人白细胞抗原（HLA）I类分子表达和免疫原型。
通过基因与蛋白表达检测，构建STAT1全敲除、STAT1-K298R突变回补细胞，以及TET2和HIF1α敲除细胞、pH依赖性实验、免疫细胞共培养等实验发现，STAT1 K298维C化通过增强STAT1磷酸化，显著上调肿瘤细胞MHC/HLA I类分子表达及OVA抗原肽提呈，进而增强肿瘤细胞的免疫原性，促进DC活化和CD8⁺ T细胞增殖及抗肿瘤因子释放。该效应完全依赖于K298位点（K298R突变取消所有作用），并且不依赖于维生素C的ROS调节、TET或HIF1α/PHD通路，表明这是一种通过直接修饰STAT1蛋白从而独立调控肿瘤免疫的新型机制。
图5 STAT1 K298维C化修饰可上调MHC/HLA I类分子表达，并增强肿瘤细胞的免疫原性
6. STAT1 vitC化在体内触发抗肿瘤免疫
在免疫健全同源小鼠中接种E0771细胞，建立肿瘤移植瘤模型，并腹腔注射维生素C，以研究维生素C在体内对肿瘤及肿瘤免疫微环境的作用。结果发现维生素C处理可抑制免疫健全的小鼠肿瘤生长并延长生存期，免疫缺陷小鼠无此效果。同时，维生素C在肿瘤微环境中的肿瘤细胞和免疫细胞中均诱导了维生素C化，但对脾脏免疫细胞影响较小。
体内结果同样发现，维生素C可通过诱导STAT1 K298 vitC化，上调肿瘤细胞MHC I表达和抗原加工提呈，激活肿瘤微环境中树突状细胞和CD8⁺T细胞，且高剂量的维生素C在肿瘤组织和血浆中显著积累，但在脾脏中含量相对较低。整体结果表明，维生素C对肿瘤的选择性摄取可增强抗肿瘤免疫，避免了系统性免疫过度激活。并且，STAT1vitC化和磷酸化（Y701）均为抗肿瘤效果所必需，而TET2或HIF1α敲除并不影响该效应，说明维生素C通过直接修饰STAT1而非经典辅因子通路发挥作用。维生素C与抗PD1联合治疗显示出优于单药的抑瘤效果，为维生素C作为免疫治疗增效剂提供了实验依据。
图6 维生素C在体内诱导肿瘤细胞发生维C化，同时增强STAT1介导的免疫反应
研究小结
该研究揭示了一种全新的维生素C直接修饰蛋白的机制，将维生素C的营养/氧化还原功能拓展到特异性翻译后修饰层面。该修饰在生理条件下具有pH和剂量依赖性，并为维生素C在肿瘤免疫治疗中的应用提供了分子基础。
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