肖星星 曾 智 王 莉 盧燕玲 周傳傳 曾海濤 孫曉紅

1 南華大學(xué)附屬南華醫(yī)院，湖南省衡陽(yáng)市 421002； 2 中山大學(xué)附屬第六醫(yī)院； 3 深圳市龍崗區(qū)婦幼保健院

基金資助：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2017YFC1001600)；廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014A020213002)；廣東省自然科學(xué)基金自由申請(qǐng)項(xiàng)目(2015A030313131)

蛋白質(zhì)翻譯后修飾對(duì)其生物功能具有極為重要的影響，包括基因的表達(dá)調(diào)控、細(xì)胞生長(zhǎng)、胚胎發(fā)育、物質(zhì)代謝等生命過(guò)程。其中蛋白質(zhì)賴(lài)氨酸?；揎検钱?dāng)下研究熱點(diǎn)，包括乙?；揎?、巴豆酰化修飾等，這些蛋白質(zhì)翻譯后修飾在生物體內(nèi)都各自具有重要的生物學(xué)功能[1]。近年來(lái)，巴豆?；揎椩诎l(fā)育、疾病等方面的研究取得突破性進(jìn)展而受到廣泛關(guān)注。巴豆?；揎椢稽c(diǎn)與乙?；糠种丿B、空間結(jié)構(gòu)及催化酶相似，但有研究報(bào)道巴豆?；揎椩谏飳W(xué)功能上有別于乙?；揎?，提示巴豆?；揎棇?duì)疾病可能發(fā)揮特異性調(diào)控作用[2]。本文就巴豆?；揎椗c疾病關(guān)系的最新進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 巴豆?；揎椀蔫b定

巴豆?；揎検且环N新型賴(lài)氨酸?；揎?，以巴豆酰輔酶A為底物，由巴豆酰轉(zhuǎn)移酶催化巴豆酰基團(tuán)轉(zhuǎn)移到賴(lài)氨酸殘基上，在調(diào)控酶的作用下發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。巴豆酰化修飾包括組蛋白和非組蛋白的修飾。這種新型修飾相關(guān)蛋白蘊(yùn)含著重要的生物學(xué)信息，它們的鑒定是理解其功能和解析表觀遺傳機(jī)制的關(guān)鍵。

1.1 組蛋白巴豆?；揎椀蔫b定 2011年，趙英明團(tuán)隊(duì)[2]首次鑒定了組蛋白賴(lài)氨酸巴豆?；揎棥Ｔ搱F(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了新的組蛋白修飾檢測(cè)手段結(jié)合高效PTMap算法分析質(zhì)譜數(shù)據(jù)得到67個(gè)全新的組蛋白修飾位點(diǎn)，將其中28個(gè)無(wú)法與已知修飾進(jìn)行匹配的核心組蛋白賴(lài)氨酸位點(diǎn)進(jìn)行高分辨率質(zhì)譜檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，這些位點(diǎn)的修飾與巴豆?；揎楊?lèi)似，隨后通過(guò)巴豆?；禺愋宰R(shí)別抗體、同位素標(biāo)記追蹤驗(yàn)證確定了巴豆?；揎椀拇嬖?。巴豆酰化是有別于乙?；男滦头g后修飾，在精子發(fā)生過(guò)程中組蛋白巴豆酰化修飾富集于睪丸特異性基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，表明組蛋白巴豆?；梢宰鳛樾匀旧w相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄活躍的標(biāo)志。

1.2 非組蛋白巴豆酰化的鑒定 非組蛋白的巴豆?；?017年由華東師范大學(xué)廖魯劍教授團(tuán)隊(duì)[3]首次發(fā)現(xiàn)：在人宮頸癌HeLa細(xì)胞系的453個(gè)蛋白質(zhì)中確認(rèn)非組蛋白巴豆?；揎椀拇嬖?，并檢測(cè)出558個(gè)特異性巴豆?；揎椢稽c(diǎn)，并證實(shí)多種蛋白質(zhì)功能和細(xì)胞過(guò)程受到巴豆?；揎椀恼{(diào)控。非組蛋白巴豆化修飾的鑒定，豐富了我們對(duì)巴豆酰化修飾的認(rèn)識(shí)，從而為我們更好地研究其生物學(xué)功能奠定了研究基礎(chǔ)。

2 組蛋白巴豆酰化修飾與疾病的關(guān)系

巴豆?；揎楇m然在結(jié)構(gòu)、調(diào)控酶系及識(shí)別蛋白上與乙?；揎椨邢嗨浦?，但巴豆酰化基團(tuán)與乙?；鶊F(tuán)之間的差異提示巴豆?；揎棇?duì)疾病可能發(fā)揮特異性調(diào)控作用。目前，已知巴豆?；揎梾⑴c精子形成、胚胎干細(xì)胞干性維持、急性腎損傷、HIV潛伏期、前列腺癌、腸癌等疾病的發(fā)生發(fā)展[1]。

2.1 巴豆?；揎椗c精子形成 組蛋白巴豆?；揎椬钤绨l(fā)現(xiàn)于精細(xì)胞分化發(fā)育的減數(shù)分裂后階段，且在維持圓形精子時(shí)期性染色體基因的活性方面發(fā)揮了重要作用[2]。最近有研究通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)證明人類(lèi)Y染色體上的一個(gè)轉(zhuǎn)錄共抑制因子CDYL(Chromodomain Y-like protein)具有直接的巴豆酰輔酶A水合酶活性，催化巴豆酰輔酶A轉(zhuǎn)化成β-羥丁酰輔酶A，從而降低組蛋白巴豆?；揎椝?，表明CDYL能夠負(fù)性調(diào)控組蛋白巴豆?；揎椀淖兓?，但并不能直接去除巴豆酰化修飾。通過(guò)一系列的基因敲低以及基因敲除實(shí)驗(yàn)證實(shí)在小鼠睪丸中CDYL和組蛋白巴豆酰化呈現(xiàn)負(fù)調(diào)控關(guān)系；而過(guò)表達(dá)CDYL的小鼠其組蛋白的巴豆?；匠霈F(xiàn)下降，并且導(dǎo)致其精子數(shù)量的減少和精子活力的降低，以上研究均表明組蛋白巴豆酰化水平影響著精子的生成與發(fā)育[4]。

2.2 巴豆酰化與胚胎干細(xì)胞干性維持 胚胎干細(xì)胞具有分化為各胚層細(xì)胞的潛能，在體外培養(yǎng)條件下有無(wú)限增殖、自我更新以及多向分化的特性，特異性轉(zhuǎn)錄因子對(duì)干性基因的調(diào)節(jié)可影響其自我分化和干性的維持。早期有研究以小鼠神經(jīng)干細(xì)胞E14為材料予以誘導(dǎo)型敲除去乙?；揎椕?同樣具有去巴豆酰化修飾酶的作用)HDAC1，敲除后的胚胎干細(xì)胞克隆團(tuán)形態(tài)變小，并發(fā)生分化[5]。近期有研究構(gòu)建野生型去巴豆?；揎椕窰DAC1和突變型HDAC1(HDAC1-VRPP)小鼠胚胎干細(xì)胞CGR8，研究結(jié)果顯示去巴豆?；揎検垢尚曰虻牡鞍妆磉_(dá)水平明顯下降，與分化相關(guān)的各胚層基因mRNA水平明顯升高，且克隆團(tuán)形態(tài)更小，促使胚胎干細(xì)胞發(fā)生分化，表明組蛋白巴豆?；揎棇?duì)胚胎干細(xì)胞干性的維持是必需的[6]。以上研究表明?；揎椷^(guò)高或過(guò)低都可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞分化，細(xì)胞內(nèi)?；揎椀姆€(wěn)定對(duì)胚胎干細(xì)胞干性的維持至關(guān)重要。對(duì)胚胎干細(xì)胞干性的深入研究，將為遺傳缺陷、藥物開(kāi)發(fā)、再生醫(yī)學(xué)等提供重要的研究模型。

2.3 巴豆?；揎椗c急性腎損傷 急性腎損傷(Acute kidney injury，AKI)具有發(fā)病率高、早期診斷困難、預(yù)后差及病死率高的特點(diǎn)。Ruiz-Andres等[7]利用葉酸或順氯氨鉑誘導(dǎo)小鼠發(fā)生AKI，檢測(cè)AKI小鼠腎臟較對(duì)照組蛋白巴豆?；礁?，隨后對(duì)AKI小鼠腹腔注射巴豆酸后發(fā)現(xiàn)上調(diào)巴豆?；揎棥⑸险{(diào)腎臟保護(hù)因子PGC-1α和去巴豆?；揎椕窼IRT3的mRNA及蛋白水平、降低編碼促腎損傷趨化因子CCL2 的mRNA水平，說(shuō)明巴豆酰化修飾可能通過(guò)上調(diào)PGC-1α、SIRT3水平及下調(diào)CCL2發(fā)揮腎臟保護(hù)作用。更進(jìn)一步的體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，體外培養(yǎng)腎小管細(xì)胞經(jīng)巴豆酸處理可阻斷腫瘤壞死因子樣弱凋亡誘導(dǎo)因子(Tumor necrosis factor-like weak inducer of apoptosis，TWEAK)下調(diào)SIRT3，TWEAK是腫瘤壞死因子配體超家族的一員，具有促炎、促AKI等重要作用，說(shuō)明巴豆?；揎椏赏ㄟ^(guò)阻斷TWEAK上調(diào)SIRT3發(fā)揮腎臟保護(hù)作用[7]。

2.4 巴豆?；揎椗cHIV潛伏期 人類(lèi)獲得性免疫缺陷病毒 (HIV) 感染潛伏期患者體內(nèi)的穩(wěn)定病毒庫(kù)是根除艾滋病毒的主要障礙，而HIV病毒基因上作為啟動(dòng)子的長(zhǎng)末端重復(fù)序列(Long terminal repeat，LTR)鄰近區(qū)域組蛋白N端的表觀遺傳調(diào)控是建立HIV病毒庫(kù)的關(guān)鍵[8]。因此，尋找激活潛伏期HIV病毒庫(kù)的組蛋白末端修飾對(duì)于HIV的治療具有重要意義。最新研究[9]顯示脂肪酸代謝的?；o酶A合成酶短鏈家族成員2(acetyl-CoA synthetase 2，ACSS2)是巴豆酰化轉(zhuǎn)移酶的一種，其促進(jìn)HIV LTR的組蛋白巴豆?；揎?，進(jìn)而調(diào)控HIV轉(zhuǎn)錄導(dǎo)致潛伏期HIV病毒再激活并參與HIV潛伏期的建立，而ACSS2的抑制劑可抑制潛伏期HIV的病毒復(fù)制以及再激活，因此ACSS2誘導(dǎo)組蛋白賴(lài)氨酸Kcr修飾是艾滋病毒轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的新型表觀遺傳調(diào)控因子，可作為根除艾滋病毒的潛在治療靶點(diǎn)。

2.5 巴豆?；揎椗c前列腺癌 前列腺癌是最常見(jiàn)的男性惡性腫瘤之一，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家中其死亡率高居第二位。既往研究提示賴(lài)氨酸乙?；揎椗c前列腺癌發(fā)生發(fā)展相關(guān)，但新近研究發(fā)現(xiàn)組蛋白H4乙?；揎棻磉_(dá)在前列腺癌組織和正常前列腺組織中無(wú)明顯差異。國(guó)內(nèi)學(xué)者[10]采用H-Score統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，賴(lài)氨酸巴豆?；谇傲邢侔┙M織中呈下降趨勢(shì)，但其與前列腺癌的分級(jí)呈正相關(guān)(r=0.493，P<0.000)，說(shuō)明其對(duì)前列腺癌的診斷和評(píng)估具有較好價(jià)值，且組蛋白巴豆?；揎椵^非組蛋白巴豆?；揎椬饔每赡芨?。

2.6 巴豆?；揎椗c腸道菌群 Patrick團(tuán)隊(duì)[11]近期發(fā)現(xiàn)，組蛋白H3K18巴豆酰化修飾在小腸上皮轉(zhuǎn)錄起始區(qū)(Transcription start site,TSS)中異常富集，尤其是小腸和結(jié)腸的隱窩部分。短鏈脂肪酸(Short-chain fatty acids,SCFAs)是腸道菌群的主要代謝產(chǎn)物，巴豆酸是一種常見(jiàn)的SCFAs，可作為巴豆酰輔酶A的底物而影響宿主的巴豆?；揎椉凹?xì)胞代謝和轉(zhuǎn)錄調(diào)控[1]。添加巴豆酸可顯著增加人結(jié)腸癌HCT116細(xì)胞系和小鼠小腸類(lèi)器官組蛋白 H3 和 H4 巴豆酰化修飾水平。而耗竭小鼠腸道菌群在明顯降低SCFAs同時(shí)還引起組蛋白巴豆酰化修飾水平下調(diào)。此外，對(duì)TSS區(qū)中被巴豆?；揎椀幕蜻M(jìn)行KEGG 通路分析，發(fā)現(xiàn)其在結(jié)腸癌相關(guān)信號(hào)通路中富集，表明組蛋白巴豆?；揎椀漠惓？赡芘c結(jié)腸癌發(fā)生相關(guān)[11]。既往研究[12]表明腸道菌群可通過(guò)不同途徑促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)展，結(jié)合上述研究結(jié)果，腸道菌群失調(diào)對(duì)組蛋白巴豆酰化修飾的調(diào)控可能是導(dǎo)致結(jié)直腸腫瘤發(fā)生的機(jī)制之一。

3 非組蛋白巴豆?；揎椗c疾病

最近，一些研究分別對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞系如HeLa細(xì)胞、人肺腺癌H1299細(xì)胞和人結(jié)腸癌HCT166細(xì)胞中的非組蛋白巴豆酰化修飾進(jìn)行了研究，也表明非組蛋白中的巴豆?；瘏⑴c了多種信號(hào)通路和核相關(guān)細(xì)胞過(guò)程。Wei等[3]首次在HeLa細(xì)胞發(fā)現(xiàn)了非組蛋白巴豆?；拇嬖?，且巴豆?；瘏⑴c細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)，而其導(dǎo)致HeLa細(xì)胞周期紊亂的具體機(jī)制及與宮頸癌疾病本身的發(fā)生發(fā)展暫未報(bào)道。相繼，Xu等[13]在人肺腺癌H1299細(xì)胞系通過(guò)KEGG富集分析表明非組蛋白巴豆?；瘏⑴c多種代謝及帕金森病信號(hào)通路。Huang等[14]對(duì)人結(jié)腸癌HCT116細(xì)胞系的p300進(jìn)行特異性敲除處理，且p300敲除組表達(dá)下調(diào)的巴豆?；稽c(diǎn)涉及衰變，傳染病和病毒/真核轉(zhuǎn)化等信號(hào)通路。通過(guò)生物信息學(xué)分析將巴豆?；c癌癥相關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)4.5%的癌癥蛋白生物標(biāo)記物被巴豆?；揎?，且6種被p300靶向的非組蛋白被鑒定為癌基因相關(guān)蛋白，為我們研究巴豆?；揎椣嚓P(guān)癌癥疾病提供研究方向。此外，Kwon等[15]對(duì)斑馬魚(yú)胚胎進(jìn)行非組蛋白巴豆酰化測(cè)序，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)核糖體蛋白和肌絲蛋白的巴豆?；揎椪{(diào)節(jié)肌肉收縮和蛋白質(zhì)合成，為今后研究賴(lài)氨酸巴豆?；瘜?duì)衰老和心力衰竭的影響提供了研究基礎(chǔ)。非組蛋白巴豆?；揎椢稽c(diǎn)及相應(yīng)信號(hào)通路的聯(lián)系給我們未來(lái)對(duì)巴豆?；嚓P(guān)疾病的深入研究提供基礎(chǔ)和方向。

4 小結(jié)與展望

目前賴(lài)氨酸巴豆?；揎椀难芯可袑倨鸩诫A段，本文針對(duì)賴(lài)氨酸巴豆?；揎椫攸c(diǎn)綜述與疾病關(guān)系的最新進(jìn)展。現(xiàn)有文獻(xiàn)僅揭示了組蛋白巴豆?；c精子發(fā)生、急性腎損傷、潛伏期HIV再激活等疾病相關(guān)，而具體疾病機(jī)制尚未明確。生物信息學(xué)分析提示非組蛋白巴豆?；揎椏赡芘c心力衰竭、帕金森病、癌癥等疾病密切相關(guān)，為我們提供了相應(yīng)研究基礎(chǔ)和方向。隨著高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜、特異性抗體、生物信息數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)的日益突破，為巴豆?；膹V泛研究提供了可靠的研究手段，使我們對(duì)賴(lài)氨酸巴豆?；揎椀姆肿诱{(diào)控機(jī)制和生物學(xué)功能有更深入地理解，將為我們揭示巴豆?；揎椩谡Ｉ砼c疾病中的重要作用以及分子機(jī)制，以期為相關(guān)疾病的治療和干預(yù)提供新思路。