S-亞硝基化在NO細(xì)胞信號的傳遞中起關(guān)鍵作用，這是一種與磷酸化相似的蛋白翻譯后修飾，廣泛參與細(xì)胞功能調(diào)控。S-亞硝基化的失調(diào)與多種疾病緊密相關(guān)，包括阿爾茨海默癥、癌癥、肌肉萎縮癥、心力衰竭和糖尿病等。與酶驅(qū)動(dòng)的磷酸化修飾不同的是，S-亞硝基化修飾的基本催化機(jī)制尚不明確。2023年12月5日，美國凱斯西儲大學(xué)醫(yī)學(xué)系Jonathan S. Stamler團(tuán)隊(duì)在Cell上在線發(fā)表了題為“An enzyme that selectively S-nitrosylates proteins to regulate insulin signaling”，文章確定了一種使用SNO-CoA作為輔助因子對多種蛋白質(zhì)進(jìn)行S-亞硝基化的酶SCAN，其底物包括胰島素受體(INSR)和胰島素受體底物1 (IRS1)。SCAN活性在生理上調(diào)節(jié)胰島素信號，其異?；钚钥蓪?dǎo)致糖尿病的發(fā)生。

英文標(biāo)題：An enzyme that selectively S-nitrosylates proteins to regulate insulin signaling（Cell，IF=66.85，2023）

中文標(biāo)題：一種特異性催化S-亞硝基化蛋白質(zhì)以調(diào)節(jié)胰島素信號的酶

研究材料：HEK293細(xì)胞

組學(xué)技術(shù)：S-亞硝基化修飾組

主要研究結(jié)果

01.SCAN介導(dǎo)高脂飲食(HFD)中INSRβ/IRS1的S-亞硝基化和胰島素抵抗

為了確定SCAN在哺乳動(dòng)物中的生理作用，作者使用了全身SCAN基因敲除的小鼠模型。由于SCAN含有一個(gè)未知功能的胰島素受體（INSR）相互作用結(jié)構(gòu)域，作者進(jìn)一步研究了SCAN/SNO-CoA在胰島素信號傳導(dǎo)中的作用。在HFD的條件下，SCAN基因敲除小鼠體重增加較慢，其對胰島素的敏感性較高，這說明SCAN在HFD小鼠中促進(jìn)了胰島素抵抗。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，HFD飼養(yǎng)的小鼠中，SCAN敲除小鼠表現(xiàn)出較低水平的S-亞硝基化INSRβ和IRS1，并且胰島素效應(yīng)子AKT和AS160的磷酸化水平較高。這表明SCAN介導(dǎo)的S-亞硝基化抑制INSRβ/IRS1依賴的胰島素信號傳導(dǎo)在很大程度上是通過抑制INSRβ的酪氨酸激酶活性（圖1）。

圖1. SCAN介導(dǎo)高脂飲食中INSRβ/IRS1的S-亞硝基化和胰島素抵抗 （圖源：Zhou et al., Cell

02.胰島素誘導(dǎo)INSRβ/IRS1的S-亞硝基化抑制信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

進(jìn)一步在大鼠成肌細(xì)胞L6細(xì)胞系的研究發(fā)現(xiàn)，胰島素對L6-WT的細(xì)胞中INSRβ/IRS1的S-亞硝基化有促進(jìn)作用，而且這種作用是動(dòng)態(tài)變化的，在去除胰島素60-120 min到達(dá)高峰，隨后逐漸消退，反觀在SCNA敲除的細(xì)胞中沒有這種現(xiàn)象。通過對L6細(xì)胞和健康小鼠的研究，作者發(fā)現(xiàn)SCNA的缺失導(dǎo)致胰島素刺激下的IRS1、AKT和AS160的磷酸化延長，這表明激動(dòng)劑刺激的INSRβ/IRS1的S-亞硝基化是關(guān)閉胰島素信號通路的負(fù)反饋回路的一部分。小鼠的胰島素耐受實(shí)驗(yàn)證實(shí)，由SCAN介導(dǎo)的胰島素誘導(dǎo)的S -亞硝基化可以關(guān)閉骨骼肌中的胰島素信號，從而減緩葡萄糖攝取以防止低血糖（圖2）。

圖2 胰島素誘導(dǎo)INSRβ/IRS1的S-亞硝基化抑制信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（圖源：Zhou et al., Cell, 2023）

03.胰島素刺激的INSRβ/IRS1的S-亞硝基化與NOS活性相關(guān)

在胰島素刺激下，eNOS和nNOS的活性都顯著增加，這表明SCAN介導(dǎo)的胰島素刺激的INSRβ/IRS1的S-亞硝基化可能是利用eNOS和nNOS產(chǎn)生的NO。在L6細(xì)胞中，NOS抑制劑L-NMMA不僅阻斷了胰島素刺激的INSRβ/IRS1的S-亞硝基化，還阻斷了SCAN本身的S-亞硝基化。因此，eNOS和nNOS可能是生理?xiàng)l件下SCAN活性的SNO來源（圖3）。

圖3 eNOS和nNOS可能是生理?xiàng)l件下SCAN活性的SNO來源 （圖源：Zhou et al., Cell, 2023

04.INSRβ的S-亞硝基化與人脂肪組織和骨骼肌中的BMI和SCAN表達(dá)相關(guān)

為了確定SCAN對INSRβ的S -亞硝基化是否與人類肥胖相關(guān)的胰島素抵抗有關(guān)，作者量化了來自不同體重指數(shù)(BMI)患者的14個(gè)人類骨骼肌樣本和26個(gè)人類脂肪庫樣本中SCAN的表達(dá)和SNO-INSRβ的量，發(fā)現(xiàn)在BMI較高的患者骨骼肌、內(nèi)臟及皮下脂肪樣本中表達(dá)上調(diào)。人體組織中SNO-INSRβ與BMI和SCAN存在顯著的線性關(guān)系，表明SCAN介導(dǎo)的INSRβ的S-亞硝基化是人類胰島素抵抗的首要因素（圖4）。

圖4 基于S-亞硝基的胰島素信號傳導(dǎo)抑制和胰島素抵抗（圖源：Zhou et al., Cell, 2023）

拜譜小結(jié)

本研究通過SCAN表達(dá)、BMI和SNO-INSRβ之間的多重線性相關(guān)(結(jié)合動(dòng)物數(shù)據(jù))表明，肥胖患者中SCAN的高表達(dá)通過INSRβ的亞硝基化導(dǎo)致胰島素抵抗。據(jù)預(yù)測，整個(gè)蛋白組中70%蛋白發(fā)生S-亞硝基化，目前已鑒定超過10,000萬種SNO蛋白，這也是信號傳導(dǎo)的主要機(jī)制。本研究發(fā)現(xiàn)SNO會導(dǎo)致胰島素抵抗，這也是其它疾病的既定特征，包括心力衰竭、阿爾茨海默病、肌肉萎縮癥、惡性高熱和肝癌等，因此可作為多種疾病的有潛力的治療靶點(diǎn)。拜譜生物全面升級了半胱氨酸修飾蛋白質(zhì)組學(xué)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(xué)檢測服務(wù)，歡迎大家咨詢！

參考文獻(xiàn)：

Zhou HL, Grimmett ZW, Venetos NM, Stomberski CT, Qian Z, McLaughlin PJ, Bansal PK, Zhang R, Reynolds JD, Premont RT, Stamler JS. An enzyme that selectively S-nitrosylates proteins to regulate insulin signaling. Cell. 2023: S0092-8674(23)01226-6. doi: 10.1016/j.cell.2023.11.009.