早產(chǎn)兒和肺部疾病患者的肺部通常會積累過多的液體，氧氣治療作為一種常規(guī)用藥，可以通過增強氣道功能起到挽救生命的作用，但是長期暴露于高氧會導致不可逆的肺損傷。雖然高氧的不良反應是由活性氧介導的，但高氧對肺中氧化還原依賴性調節(jié)的影響程度尚不清楚，s-谷胱甘肽化（SSG）對特定蛋白質的調控機制還未解析。

太平洋西北國家實驗室生物科學部的Tong Zhang,等在Redox Biology發(fā)表了題為“Regulation of hyperoxia-induced neonatal lung injury via post-translational cysteine redox modifications”的文章。該研究在暴露于高氧環(huán)境下的Scnn1b過表達小鼠中觀察到大量的SSG變化，這表明ENaC在細胞調節(jié)中起著至關重要的作用。通過TMT蛋白質組和谷胱甘肽修飾蛋白質組分析，發(fā)現(xiàn)Scnn1b過表達可能通過調節(jié)細胞粘附、凝血和蛋白水解等特定過程來保護高氧誘導的肺損傷。這項研究提供了肺中蛋白質氧化的全景視圖，并強調了氧化還原調節(jié)在O2 誘導的肺損傷中的重要性。

文章名稱: Regulation of hyperoxia-induced neonatal lung injury via post-translational cysteine redox modifications（Redox Biology, 2022, IF=11.4）

研究材料：Scnn1b過表達小鼠、野生型小鼠

組學技術：谷胱甘肽修飾蛋白質組、TMT蛋白質組

PART.01、研究思路

PART.02、研究結果

1.慢性高氧下新生兒轉基因Scnn1b肺表型

為了驗證上皮鈉通道在減輕氧化損傷中起重要作用，研究者們進行了生化分析和質譜檢測。如圖1A-C所示，WT小鼠慢性吸入Fi O 2和Scnn1b過表達小鼠都可以增加破壞指數(shù)、嗜中性粒細胞浸潤、氧化應激，而慢性高 O 2暴露顯著降低Scnn1b過表達肺的這些數(shù)值。此外，與維持在慢性85% Fi O 2暴露下的WT肺相比，轉基因Scnn1b肺中參與促纖維化反應基因的mRNA水平顯著較低（圖1D-F）。通過MS蛋白質組學分析，正常氧下的轉基因Scnn1b小鼠的監(jiān)測BALF肺損傷和應激的標記物水平明顯高于WT小鼠，高氧能夠進一步誘導這些標記物的水平（圖1G-I）。這些結果表明Scnn1b的過表達小鼠表現(xiàn)出肺損傷和炎癥水平的升高，但可能對高氧暴露介導的肺損傷/炎癥和纖維化具有潛在的保護作用。

圖1 Scnn1b轉基因肺在慢性高氧下的表型（圖源：Zhang T, et al., Redox Biology, 20

2.高氧誘導下的整體蛋白表達變化

為了識別每種基因型在高氧暴露后豐度發(fā)生顯著變化的蛋白質，進行了基因本體分析，結果表明“氧化還原過程”是兩種基因型共有的最重要且唯一的途徑（圖2A）。在該途徑的兩種基因型中都觀察到NDUA6和NDUS1，并且每一種在高氧條件下都表現(xiàn)出豐度的減少（圖2B）?；凇皫锥≠|分解代謝過程”的恢復，在慢性高氧下轉基因Scnn1b小鼠的幾丁質分解代謝受到了干擾，包括CHIA、CHIL3和CHIL4的顯著下調（圖2C）。綜上所述，高氧誘導轉基因Scnn1b小鼠的蛋白變化比野生型小鼠更多樣化。

圖2 高氧會影響特定生物過程中蛋白質的豐度（圖源：Zhang T, et al., Redox Biology, 202

3.高氧誘導的蛋白質SSG修飾的變化

本研究通過差異修飾的Cys位點來確定SSG調節(jié)對高氧反應的蛋白質和途徑。在SSG修飾中具有顯著變化的這些蛋白質的基因本體論表明，高氧條件下多種生物過程在野生型或轉基因Scnn1b小鼠中明顯過量表達（圖3A）。在轉基因Scnn1b小鼠中，“細胞粘附”被認為是最具代表性的類別，并且轉基因小鼠的Cys位點比野生型小鼠多（圖3B）。此外，血液凝固相關的高級生物過程中含有Cys位點的蛋白，在轉基因Scnn1b小鼠高氧后主要表現(xiàn)出上調的谷胱甘肽化（圖3C）。對“蛋白水解”類別更深入的觀察揭示了多種具有SSG水平改變的Cys位點的蛋白質（圖3D）。

圖3 高氧影響小鼠肺中與多種生物學過程相關的蛋白質的谷胱甘肽化

4.高氧誘導的蛋白質總氧化的變化

通過測量蛋白質硫醇總氧化來證實關于蛋白質SSG的發(fā)現(xiàn)是否正確，結果表明Cys位點的SSG和總氧化數(shù)據(jù)集之間有很強的相關性（圖4A）。這些數(shù)據(jù)還強調了在SGG或總氧化水平下，其Cys位點氧化水平受到高氧擾動，這表明SSG是蛋白質半胱氨酸氧化水平的檢測標準之一（圖4B）。

圖4 高氧后過表達Scnn1b小鼠Cys位點的總巰基氧化

5.TMT蛋白質組的差異調節(jié)有助于SCNN1B的保護作用

本研究旨在確定可能有助于上皮鈉通道的β亞基（β-ENaC）對高氧誘導的肺損傷的保護作用的蛋白質?？偟鞍棕S度的分析揭示了兩種基因型小鼠之間差異調節(jié)的蛋白質。這些蛋白質參與了不同的生物學過程，包括蛋白質折疊、ATP合成和細胞器組織（圖5A）。并且其中的許多蛋白質在野生型小鼠中表現(xiàn)出豐度的增加，包括與氧化應激密切相關的蛋白質折疊（圖5B-C）。

圖5 過表達Scnn1b導致高氧誘導的蛋白豐度變化的差異調節(jié)

PART.03、小結

肺谷胱甘肽修飾蛋白質組與TMT蛋白質組的結果表明高氧不會引起氧化還原穩(wěn)態(tài)的劇烈干擾。此外，Scnn1b過表達可能通過調節(jié)細胞粘附、凝血和蛋白水解等特定過程來保護高氧誘導的肺損傷。SSG對特定蛋白質的調節(jié)的新發(fā)現(xiàn)加深了我們對肺對高 O 2反應的氧化還原調節(jié)作用的理解，強調了氧化還原調節(jié)在肺部的重要性。

PART.04、拜譜小結

谷胱甘肽（GSH）是哺乳動物細胞內豐度最高的低分子抗氧化劑，對維持細胞氧化還原狀態(tài)具有重要作用。蛋白質的S-谷胱甘肽修飾可改變蛋白的結構，影響蛋白質的復合體形成以及多種細胞學功能。拜譜生物作為一家國內領先的多組學公司，在半胱氨酸氧化還原修飾領域組積累了豐富的項目經(jīng)驗，成功助力Nature文章發(fā)表，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、游離巰基蛋白質組學檢測服務，其中谷胱甘肽修飾蛋白質組目前可鑒定超過2000余種的蛋白質，歡迎大家咨詢！

參考文獻：Zhang T, Day NJ, Gaffrey M, Weitz KK, Attah K, Mimche PN, Paine R 3rd, Qian WJ, Helms MN. Regulation of hyperoxia-induced neonatal lung injury via post-translational cysteine redox modifications. Redox Biol. 2022; 55:102405. doi: 10.1016/j.redox.2022.102405.