蛋白質(zhì)的翻譯后修飾參與調(diào)節(jié)信號通路和生命活動。其中，基于半胱氨酸上的可逆修飾如谷胱甘肽修飾、亞硝基化修飾、次磺酸修飾等有助于維持細胞氧化還原狀態(tài)。在血管內(nèi)皮細胞中，半胱氨酸代謝產(chǎn)生的硫化氫相關(guān)化合物（H2Sn ）通過半胱氨酸硫化靶蛋白發(fā)揮其生物學作用。2021年，德國心血管研究中心Ingrid Fleming團隊在 Circulation 上在線發(fā)表了題為“Mapping the endothelial cell S-sulfhydrome highlights the crucial role of Integrin sulfhydration in vascular function”，首次描繪了介導血流反應(yīng)的內(nèi)皮細胞的 S-巰基化組學 。通過比較健康與疾病組的變化，作者發(fā)現(xiàn)血管疾病與內(nèi)皮細胞蛋白S-巰基化的顯著變化有關(guān)?？诜蚧瘹湎嚓P(guān)的磺胺硫化合物供體可以作為一種治療方法改善人類血管反應(yīng)性，突出了干擾這一途徑治療血管疾病的潛力。得益于標記技術(shù)的改進，質(zhì)譜技術(shù)可有效鑒定更多的S-巰基化蛋白。

英文標題：Mapping the endothelial cell S-sulfhydrome highlights the crucial role of Integrin sulfhydration in vascular function（Circulation，IF=39.92，2021）

中文標題：內(nèi)皮細胞S-巰基化組學揭示整合素硫化在血管功能中的重要作用

研究材料：人內(nèi)皮細胞

組學技術(shù)：S-巰基化修飾組

一、主要研究結(jié)果

01.內(nèi)皮細胞的S-巰基化修飾

本文比較了三組配對樣品，生成了三個數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)集1包括從無斑塊的腸系膜動脈中分離的天然人內(nèi)皮細胞和含斑塊的頸動脈分離的天然人內(nèi)皮細胞，旨在確定血管疾病中由于半胱氨酸代謝降低而改變S-巰基化的靶標；數(shù)據(jù)集2包括靜置或流體剪切應(yīng)力下培養(yǎng)的人內(nèi)皮細胞，有望確定內(nèi)源產(chǎn)生的H2Sn 的目標；數(shù)據(jù)集3將內(nèi)皮細胞置于剪切應(yīng)力下以降低 半胱硫氨酸γ裂解酶（CSE）表達，用溶劑或緩釋 H 2 S n 供體SG1002處理，旨在識別可被外源施加H2Sn修飾的半胱氨酸殘基。在所有3個數(shù)據(jù)集中，共有188個常見蛋白被CSE衍生的 H 2 S n 或外源應(yīng)用的 H 2 S n 釋放供體修飾，總體一致序列顯示，帶負電荷的谷氨酸和天冬氨酸與S-巰基半胱氨酸非常接近，特別是在?1、?2、?3和+1位置（圖1）。

圖1. 內(nèi)皮細胞S -巰基化修飾組 （圖源：Bibli et al., Circulation, 2021）

02.整合素是被高度S-巰基化的蛋白

對所有3個數(shù)據(jù)集的巰基化蛋白進行富集分析，確定了2個主要的 H 2 S n靶向蛋白簇（即整合素介導的信號傳導和糖酵解）?；蚣患梅謭D也鑒定了整合素細胞表面相互作用的蛋白，得分最高的是整合素。進一步分析發(fā)現(xiàn)，整合素α2、α5、α6、α 1、αV、β1和β3的S-巰基化程度較高，在整合素β1和β3中檢測到多個巰基化半胱氨酸殘基（圖1E）。熒光顯微結(jié)果證實在靜態(tài)條件下培養(yǎng)的內(nèi)皮細胞以及無斑塊內(nèi)皮細胞處存在高水平的S-巰基化，而在剪切應(yīng)力下的細胞以及含有斑塊樣品中幾乎完全失去信號（圖2）。

圖2 內(nèi)皮β3整合素S-巰基化的可視化研究（圖源：Bibli et al., Circulation, 2021）

03.β3整合素的S-巰基化決定了分子內(nèi)二硫鍵、整合素的延伸和功能

β3整合素內(nèi)的S-巰基半胱氨酸殘基定位于細胞外“富含半胱氨酸”或I-EGF（整合素-表皮生長因子）樣結(jié)構(gòu)域3和4（Cys529、532、534、593、601），以及調(diào)節(jié)配體親和力的雜交結(jié)構(gòu)域（Cys39、42、49、52），這兩個結(jié)構(gòu)域都包含決定β3整合素信號傳導的二硫鍵。質(zhì)譜結(jié)果表明，H2Sn 存在下，Cys39、42、49、52及593有所富集, 而 Cys64、 75、527、 529、532、534、657、661及601下調(diào)，表明在 H 2 S n 可能使β3整合素的構(gòu)象和功能發(fā)生變化（圖3）。

圖3 S-巰基化對β3整合素活化的影響 （圖源：Bibli et al., Circulation, 2021）

04.S-巰基化β3整合素通過RhoA依賴機制保持內(nèi)皮細胞的機械轉(zhuǎn)導力

β3整合素構(gòu)象的改變會影響內(nèi)皮細胞對血流動力學刺激的反應(yīng)，如內(nèi)皮細胞在血流方向上的重新排列。進一步研究發(fā)現(xiàn)了S-巰基化對β3整合素-Gα13-RhoA軸的影響，因為β3整合素與Gα13的結(jié)合與RhoA的抑制有關(guān)，而RhoA的抑制對于機械傳感和響應(yīng)流動的細胞重組是必不可少的（圖4）。

圖4 CSE缺失和硫化氫相關(guān)的磺胺硫化合物補充對內(nèi)皮細胞RhoA (ras同源家族成員A)激活和機械傳感的影響

05.β3整合素S-巰基化調(diào)節(jié)血流誘導的血管舒張和血壓

機械感應(yīng)和機械轉(zhuǎn)導的缺陷導致血管舒張受損。敲除CSE的內(nèi)皮細胞表現(xiàn)出血流誘導的血管擴張障礙，這與β1或β3整合素阻斷效應(yīng)相似，通過給藥SG1002可有效恢復小鼠腸系膜動脈血管敏感性。接下來，作者評估了 H 2 S n釋放化合物MSM對12名內(nèi)皮功能障礙患者血流誘導的血管擴張的影響。在接受MSM的受試者中，血流誘導的擴張明顯增加，MSM衍生的 H 2 S n靶向β3整合素的能力通過監(jiān)測其在循環(huán)細胞中的S-巰基化得到證實（圖5）。

圖5 補充硫化氫對人體血流誘導的血管舒張的影響

二、小結(jié)

綜上所述，作者通過對3對具有明顯特征的CSE表達和 H 2 S n產(chǎn)生改變的人內(nèi)皮細胞樣本，采用S-巰基化修飾蛋白質(zhì)組學方法共檢測1591個差異表達的巰基化蛋白和3446個S-巰基化位點，結(jié)果強調(diào)了S-巰基化翻譯后修飾對血管功能調(diào)節(jié)的重要性，并詳細報道了與動脈粥樣硬化相關(guān)的S-巰基化變化的程度。

三、拜譜小結(jié)

在這項研究中，作者通過S-巰基化修飾組學，確定了血管疾病的新型修飾位點，并提出口服 H 2 S n緩釋劑對動脈粥樣硬化患者的改善作用，具有一定的臨床轉(zhuǎn)化能力。拜譜生物全面升級了半胱氨酸修飾蛋白質(zhì)組學產(chǎn)品，現(xiàn)可提供棕櫚?；?、亞硝基化、谷胱甘肽化、次磺酸化、硫巰基化、Total 氧化還原、游離巰基蛋白質(zhì)組學檢測服務(wù)，歡迎大家咨詢！

參考文獻：

Bibli SI, Hu J, Looso M, et al. Mapping the Endothelial Cell S-Sulfhydrome Highlights the Crucial Role of Integrin Sulfhydration in Vascular Function. Circulation. 2021;143(9):935-948. doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.120.051877