半胱氨酸是構成蛋白質的含硫氨基酸，巰基是蛋白質殘基中最具反應性的基團，可以發(fā)生可逆的氧化反應，如二硫鍵(S-S)形成、S-谷胱甘肽化（SSG）、S-亞硝基化（SNO）、S-次磺酸化（SOH）、S-硫巰基化（SSH）和棕櫚?；?。這些氧化還原修飾能夠可逆地調節(jié)蛋白活性、互作與定位，進而實現(xiàn)對諸多生命活動的精細調控。在生理條件下，半胱氨酸氧化還原維持著動態(tài)平衡，而這些平衡失調則與許多重大疾?。ㄈ绨┌Y、糖尿病、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病等）存在密切關聯(lián)。在2024年半胱氨酸修飾研究領域中，有諸多具有深遠意義的科研成果。

此前，拜譜生物已對2024年度棕櫚?；揎椊M高分文獻進行盤點（年終盤點必收藏|2024年棕櫚?；叻治墨I及研究思路總結），本次關注S-谷胱甘肽化、S-亞硝基化、S-次磺酸化和S-硫巰基化，精選了多篇高分文獻進行分享，希望能為各位科研工作者的研究提供幫助。

圖1 半胱氨酸的氧化修飾

（圖源：Lennicke C, et al., Mol Cell.,2021）

1. 亞硝基化修飾

1小膠質細胞激活誘導NO信號傳導并改變細胞外囊泡中的蛋白質S-亞硝基化模式

文章標題：Microglial activation induces nitric oxide signalling and alters protein S-nitrosylation patterns in extracellular vesicles

發(fā)表期刊：J Extracell Vesicles (IF=15.5)

研究概述：神經(jīng)炎癥是神經(jīng)退行性疾病的一個潛在特征，通常出現(xiàn)在疾病的早期病因中?；罨男∧z質細胞EVs的亞硝基化修飾蛋白質組尚未被研究。研究人員在確定NO信號傳導誘導神經(jīng)炎癥的蛋白質翻譯后修飾。從脂多糖處理的小膠質細胞中分離的EV使用質譜進行質譜表面成像，此外還進行碘標記和比較蛋白質組學分析，以鑒定翻譯后S-亞硝基化修飾。質譜成功鑒定了脂多糖處理的小膠質細胞衍生的EV蛋白中通過NO信號修飾的半胱氨酸游離巰基。此外，iodoTMT蛋白質組學分析顯示，來自脂多糖處理的小膠質細胞的EV攜帶指示神經(jīng)炎癥的S-亞硝基化蛋白。這些包括已知的NO修飾蛋白和與脂多糖誘導的小膠質細胞激活相關的蛋白，這些蛋白可能在神經(jīng)炎癥通訊中起重要作用。結果表明活化的小膠質細胞可以在神經(jīng)炎癥期間通過EV的選擇性包裝導致廣泛的NO信號變化。

圖2 神經(jīng)炎癥信號通過S-亞硝基化改變小膠質細胞

（圖源：Vassileff N, et al., J Extracell Vesicles,2024）

2輪式跑步運動通過下調雄性大鼠基底外側杏仁核中Gephyrin的 S-亞硝基化來緩解焦慮樣行為

文章標題：Wheel-Running Exercise Alleviates Anxiety-Like Behavior via Down-Regulating S-Nitrosylation of Gephyrin in the Basolateral Amygdala of Male Rats

發(fā)表期刊：Adv Sci (Weinh) (IF=14.3)

研究概述：體育鍛煉對焦慮癥有有益的影響，但潛在的分子機制在很大程度上仍然未知。研究發(fā)現(xiàn)高焦慮大鼠基底外側杏仁核中SNO-gephyrin水平顯著升高，半胱氨酸212和284位SNO-gephyrin的下調產生抗焦慮作用。從機制上講，Cys212或Cys284突變對SNO-gephyrin的抑制增加了GABA的表面表達一個Rγ2和GABA能神經(jīng)傳遞，在雄性大鼠中發(fā)揮抗焦慮作用。另一方面，基底外側杏仁核中神經(jīng)元一氧化氮合酶的過表達消除了體育鍛煉的抗焦慮樣作用。

圖3 體育鍛煉對焦慮癥治療效果的分子機制

（圖源：Yang PF, et al., Adv Sci (Weinh),2024）

2. 谷胱甘肽化

1GSTP通過KEAP1的S-谷胱甘肽化和NRF2通路的激活來減輕急性肺損傷

文章標題：GSTP alleviates acute lung injury by S-glutathionylation of KEAP1 and subsequent activation of NRF2 pathway

發(fā)表期刊：Redox Biol. (IF=10.7)

研究概述：氧化應激在急性肺損傷（ALI）的發(fā)病機制中起重要作用。研究發(fā)現(xiàn)GSTP介導的KEAP1 S-谷胱甘肽修飾過程增強解離KEAP1-NRF2相互作用，促進KEAP1-NRF2復合物的解離，從而促進NRF2核易位并激活下游蛋白表達，最終導致肺部炎癥和損傷得到改善。GSTP是抗炎藥開發(fā)的潛在靶點，并表明C434位點KEAP1的S-谷胱甘肽修飾在ALI的肺上皮細胞中起抗炎作用，揭示了肺上皮細胞在氧化應激下防止自我過度激活的潛在機制。

圖4 肺上皮細胞在氧化應激下防止自我過度激活的潛在機制

（圖源：Sun X, et al., Redox Biol.,2024）

3. 次磺酸化

1輻射促進S-次磺酸化驅動的抗原捕獲以增強癌癥免疫治療

文章標題：S-Sulfenylation Driven Antigen Capture Boosted by Radiation for Enhanced Cancer Immunotherapy

發(fā)表期刊：ACS Nano. (IF=15.8)

研究概述：研究開發(fā)了一種高效的腫瘤抗原捕獲納米平臺dAuNPs@CpG，可以顯著改善腫瘤免疫治療并誘導遠隔效應。dAuNPs@CpG可以通過環(huán)己二酮和蛋白質次磺酸化之間的共價結合有效捕獲放療誘導的TDPAs，原位生成疫苗并將其排入淋巴結，促進DCs成熟和T細胞活化，實現(xiàn)對原發(fā)性和遠處腫瘤的顯著生長抑制以及PD-1阻斷。與傳統(tǒng)的Mal介導的捕獲方法相比，由于產生大量次磺酸化TDPAs、強免疫原性和高抗腫瘤療效，該方法在放療誘導的原位疫苗接種方面具有相當大的優(yōu)勢。

圖5 輻射促進S-次磺酰化驅動的抗原捕獲以增強癌癥免疫治療的機制

（圖源：Sun X, et al., ACS Nano.,2024）

2H2O2次磺酸化CHE將局部感染與全身獲得性耐藥建立聯(lián)系

文章標題：H2O2 sulfenylates CHE, linking local infection to the establishment of systemic acquired resistance

發(fā)表期刊：ACS Nano (IF=15.8)

研究概述：在植物中，局部感染可通過增加水楊酸（SA）的產生導致全身獲得性耐藥（SAR）局部感染后，轉錄因子CCA1 HIKING EXPEDITION（CHE）的保守半胱氨酸殘基在全身組織中發(fā)生次磺酸化，這增強了它與SA合成基因啟動子ISOCHORISMATE SYNTHASE1（ICS1）的結合，并增加了SA的產生。此外，通過NADPH氧化酶產生的H2O2是以濃度依賴性方式次磺酸化CHE的移動信號。SA和先前報道的信號分子（如N-羥基哌啶酸（NHP））的積累然后形成信號放大環(huán)以建立SAR。

圖6 H2O2次磺酸化CHE將局部感染與全身獲得性耐藥建立聯(lián)系的機制

（圖源：Sun X, et al., ACS Nano.,2024）

4. 硫巰基化

1H2S激活Keap1 S-硫巰基化和Nrf2通過SLC7A11/GSH/GPx4通路保護心肌細胞免受阿霉素誘導的鐵死亡

文章標題：Hydrogen sulfide protects cardiomyocytes from doxorubicin-induced ferroptosis through the SLC7A11/GSH/GPx4 pathway by Keap1 S-sulfhydration and Nrf2 activation

發(fā)表期刊：Redox Biol. (IF=10.7)

研究概述：硫化氫（H2S）正在成為心血管系統(tǒng)中第三重要的氣體介質。但是，H2S對阿霉素（DOX）誘導的鐵死亡有影響仍然未知。內源性H2S的產生加劇了氧化還原穩(wěn)態(tài)的破壞，并最終促進了DOX誘導的心肌細胞鐵死亡。H2S上調SLC7A11/GSH/GPx4信號通路的活性，并通過協(xié)助GSH合成和減輕由于Keap1的S-硫巰基化和Nrf2的激活引起的脂質過氧化來防御DoIC中的鐵死亡。

圖7 H2S激活S-硫巰基化保護心肌細胞免受阿霉素誘導的鐵死亡的機制

（圖源：Zhang H, et al., Redox Biol.,2024）

2GYY4137誘導的p65硫巰基化通過改善骨關節(jié)炎發(fā)展中的線粒體功能來保護滑膜巨噬細胞免受焦亡

文章標題：GYY4137-induced p65 sulfhydration protects synovial macrophages against pyroptosis by improving mitochondrial function in osteoarthritis development.

發(fā)表期刊：J Adv Res. (IF=11.4)

研究概述：GYY4137是一種新型且緩慢釋放的硫化氫（H2S）具有可能調節(jié)骨關節(jié)炎進展的強效抗炎特性的供體，其潛在機制仍不清楚。研究發(fā)現(xiàn)GYY4137響應炎癥刺激而增加NF-kB p65的硫巰基化，清除骨關節(jié)炎進展中的線粒體氧化應激來有效抑制滑膜巨噬細胞焦亡。GYY4137通過p65的氧化還原修飾參與抑制OA的NLRP3激活以調節(jié)炎癥反應。

圖8 GYY4137通過p65的硫巰基化修飾調節(jié)炎癥反應的機制

（圖源：Zhang H, et al., J Adv Res.,2024）

拜譜小結

氧化還原反應本質上與能量代謝有關。因此，氧化還原過程對于生物體生理和生命本身都是不可或缺的。半胱氨酸氧化修飾介導氧化還原信號，從而調節(jié)細胞功能。此外，氧化還原信號還可以通過改變代謝酶和轉錄因子的活性以及調節(jié)基因表達、表觀遺傳修飾、晝夜節(jié)律等生理過程來控制細胞功能。在2024年的高分文獻盤點中，多個研究團隊研究半胱氨酸修飾，揭示了生命過程中的分子機制，為理解生物現(xiàn)象提供了理論基礎。

拜譜作為國內領先的多組學服務公司，可提供基因組、轉錄組、蛋白組、代謝組等多組學服務。暨首家推出、國內唯一成熟商業(yè)化的棕櫚?；揎椀鞍捉M學后，拜譜生物研發(fā)團隊經(jīng)過反復實驗，成功推出了亞硝基化、谷胱甘肽化、硫巰基化、次磺酸化、total氧化還原、游離巰基等修飾產品，構建了產品最全面、技術體系最成熟的半胱氨酸氧化還原系列修飾組學產品。拜譜生物半胱氨酸特色組學產品采用生物素交換法，能夠更特異的結合修飾基團，大幅度提升修飾位點鑒定數(shù)目，并且進一步優(yōu)化富集效率，提高半胱氨酸巰基穩(wěn)定性，以提升低豐度修飾位點定量準確性，助力剖析半胱氨酸修飾的分子機制和調控作用，解析疾病相關分子機制等。歡迎各位老師前來咨詢??！

參考文獻

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