蛋白質乙酰化修飾研究進展

呂斌娜 梁文星

（青島農業大學農學與植物保護學院，青島 266109）

蛋白質乙酰化修飾研究進展

呂斌娜 梁文星

（青島農業大學農學與植物保護學院，青島 266109）

蛋白質乙酰化是一種普遍存在的、可逆而且高度調控的蛋白質翻譯后修飾方式，主要發生在蛋白質賴氨酸殘基的ε-NH2位。乙酰化的研究歷史已達50多年，目前已成為國際上蛋白質領域的研究熱點。乙酰化修飾由乙酰基轉移酶和去乙酰化酶共同調節，且參與了幾乎所有的生物學過程，如轉錄、應激反應、新陳代謝以及蛋白合成與降解等。近年來，乙酰化修飾的檢測技術發展迅速，從已廣泛應用的質譜法到新技術如蛋白質芯片的加入，都為深入研究乙酰化提供了強有力的工具。蛋白質乙酰化應用廣泛，主要在代謝疾病中發揮著重要的調控作用，而且去乙酰化酶抑制劑已經成為治療心臟病、糖尿病和癌癥等多種疾病的有潛力的試劑。圍繞乙酰化的研究歷程、功能、檢測技術和應用進行了探討和歸納，并在此基礎上進行了展望和討論。

蛋白質乙酰化修飾；代謝；去乙酰化酶抑制劑；乙酰基轉移酶

1 蛋白質乙酰化及相關概念

蛋白質翻譯后修飾（Post-translational modification，PTM）是指蛋白質翻譯后的化學修飾，幾乎參與了細胞所有的正常生命活動過程，并發揮著十分重要的調控作用。PTM作為蛋白質功能調節的一種重要方式，對蛋白質的結構和功能至關重要［1］。研究表明，人體內50%-90%的蛋白質發生了翻譯后修飾，主要通過肽鏈骨架的剪接、在特定氨基酸側鏈上添加新的基團或者對已有基團進行化學修飾等方式進行。這些種類繁多的修飾方式顯著增加了蛋白質的多樣性和復雜性，使可編碼的蛋白質種類大大超過了20種天然氨基酸的組合限制［2］。目前已經確定的翻譯后修飾方式超過400種，常見的修飾方式包括甲基化、磷酸化、泛素化、乙酰化、糖基化、SUMO化、亞硝基化和氧化等［3］。因此，PTM已經成為國際上蛋白質研究的一個極其重要的領域。

蛋白質乙酰化是一種重要的蛋白質翻譯后修飾，是乙酰基供體（如乙酰輔酶A）通過酶學或非酶學的方式將乙酰基團共價結合到賴氨酸殘基上的過程。除此之外，蛋白質也可以進行丙酰化、丁酰化和琥珀酰化，雖然這些過程大部分是由特定的轉移酶催化，但仍有一部分在非酶促條件下也可以發生［4］。其中蛋白質的乙酰化是近年來研究的熱點。

目前，已知有兩類乙酰化形式——Nα乙酰化和Nε乙酰化。Nα乙酰化是指蛋白質的N末端被乙酰化修飾，一般認為不可逆，在真核生物中非常普遍，存在于將近85%的真核蛋白中，在原核生物中卻非常少見。例如，大腸桿菌的核糖體蛋白S5、S18和L12，以及分支桿菌的核糖體蛋白L12都存在Nα乙酰化［5］。與Nα乙酰化相反，Nε乙酰化是動態的、可逆的。其中，研究最多的是賴氨酸殘基的乙酰化修飾，在真核生物中已經發現了1 500多種賴氨酸乙酰化的蛋白質，有不同的功能。在原核生物中也發現了很多。Nε乙酰化會隨著細胞的生理狀態和外界環境變化而改變，從而起到細胞內外信號傳遞、酶原激活的作用，因此可以作為蛋白質構象和活性改變的調控開關，一旦發生異常會導致疾病的發生。

賴氨酸的乙酰化修飾由乙酰基轉移酶（histone/ Lysine（K）acetyltransferase，HATs/KATs）和去乙酰 化 酶（histone/Lysine（K）deacetylase，HDACs/ KDACs）來共同調節。原核生物中的乙酰化酶和去乙酰化酶情況比較簡單，如沙門氏菌目前只發現一種蛋白質乙酰化酶Pat和一種依賴于NAD+的去乙酰化酶CobB。真核生物中則比較復雜，不同的細胞區域中有不同的乙酰化酶和去乙酰化酶在起作用。目前發現乙酰化酶KATs主要分為5組：（1）GNAT超家族，包括GCN5、PCAF、ElP3、Hat1、ARD1、Eco1和MCM3AP 等；（2）MYST家族，主要包括MOZ、Ybf2/Sas3、Sas2和Tip60，與進化有關；（3）P160家族，是一組核受體輔轉錄激活因子，有ACTR、SRCI等；（4）CBP/p300家族，有超過75個非組蛋白底物，與細胞分化與凋亡關系密切；（5）TAF II230/250家族，在人類中是TAF II 250，是轉錄因子復合體TAF II D的組成部分［6］。其中GNAT是最具有特征、作用最強的乙酰基轉移酶家族。

去乙酰化酶HDACs分為兩個大家族：經典的大家族包括11 個成員，它們在二級結構上都與酵母的Hda1/Rpd3 蛋白相似，并且都依賴Zn2+來促進去乙酰化；第2個大家族包括了所有依賴于NAD+的酵母Sir2 同源蛋白，其中包括SIRT I-VII 7 個SIRT 家族成員［7］。不同的HDAC蛋白質定位于不同的細胞區間，參與不同的基因表達調控和功能蛋白質的乙酰化修飾。乙酰基轉移酶與去乙酰化酶共同調節細胞內蛋白質賴氨酸的乙酰化修飾，在中間代謝調控及代謝相關疾病的發生中具有重要作用［8］。

2 乙酰化的研究歷程

早在50年前，Allfrey等［9］首次提出真核生物組蛋白乙酰化作為一種蛋白質翻譯后修飾與基因的轉錄調控密切相關這一假說。組蛋白因富含精氨酸和賴氨酸等堿性氨基酸而帶正電荷，與帶負電荷的DNA 緊密結合成組蛋白-DNA 復合物。乙酰化修飾中和賴氨酸殘基的正電荷，使其與DNA 的結合不再緊密而利于基因的轉錄。此后，人類對蛋白質乙酰化的研究越來越廣泛，研究主要集中在組蛋白和一些與轉錄相關的蛋白質上。隨著研究的深入，近些年在原核生物中也發現了蛋白質乙酰化修飾。在大腸桿菌（Escherichia coli）和腸道沙門氏菌（Salmonella enterica）中，分別確定了144 和191 種乙酰化的蛋白質參與細胞代謝調節等過程［10，11］。另外，研究方向也由組蛋白擴展到了非組蛋白。第一個發現的乙酰化修飾的非組蛋白是P53，乙酰化影響其與目的DNA 的結合；大量非組蛋白如轉錄因子、核相關蛋白、激素受體、細胞代謝相關蛋白、癌癥相關蛋白等也存在乙酰化修飾。正如Kouzarides［12］所預測的一樣，乙酰化修飾可能與蛋白質的磷酸化修飾一樣，在生物體內是重要而且廣泛存在的。

3 蛋白質乙酰化的主要功能

乙酰化修飾是一個在細胞核或細胞質的亞細胞器內廣泛存在的翻譯后修飾調控機制，參與了轉錄、趨化作用、新陳代謝、細胞信號轉導、應激反應、蛋白質水解、細胞凋亡，以及神經元的發育等多個過程。

3.1 調控轉錄

生物通過調控DNA結合蛋白、轉錄因子或者與轉錄相關的其他蛋白的乙酰化狀態來控制基因的表達。自從發現第1 個非組蛋白p53 的賴氨酸乙酰化修飾以來，越來越多的賴氨酸乙酰化修飾被發現，其中轉錄因子占了相當的比重。Choudhary等［13］鑒定出29 個轉錄因子上的40 個乙酰化位點，這些賴氨酸乙酰化修飾的轉錄因子調控著細胞中不同的生物學過程。

目前，對于p53的乙酰化修飾已經研究得較為清楚，在p300/CBP 的催化下，p53 的C 端DNA 結合調控區域上發生多個賴氨酸位點的乙酰化修飾，從而激活p53 上特異DNA 結合區域的活化。進一步研究表明，p300/CBP 介導的乙酰基轉移酶作用在p53 基因調控表達中是必不可少的。p53 的轉錄活性同時還受HDAC1、SIRT1 等去乙酰化酶的調控；SIRT1 對p53 的去乙酰化會降低p53 對細胞周期抑制因子p21 的轉錄激活，從而使細胞在DNA 修復成功后再次進入細胞周期［14］。

p300/CBP 是多種轉錄因子（p53、HIF-1α、c-Myc、IRF-3、CREB 等）的輔助激活因子，存在與這些轉錄因子相結合的結構域。此外，p300 和CBP 作為高度保守的轉錄輔助因子，通過乙酰基轉移酶的活性將染色質重塑和轉錄過程相聯系，從而整合細胞核中不同的信號轉導途徑［15］。總之，可逆的賴氨酸乙酰化修飾廣泛存在于轉錄因子中，乙酰基轉移酶和去乙酰化酶通過調節轉錄因子或輔助因子的乙酰化修飾，調控細胞的轉錄過程，進而調控細胞的生命活動。

3.2 參與蛋白質降解

蛋白質組學研究證明，在許多情況下，蛋白質乙酰化影響蛋白質的活性、穩定性和蛋白質與蛋白質之間或者蛋白質與DNA之間的相互作用，從而影響細胞的生理狀況。Liang等［16］首次發現蛋白質乙酰化能夠影響原核生物蛋白質的穩定性。核糖核酸酶RNase R是存在于細菌中的非常特殊的酶，對細菌的生存至關重要。Liang［17］首次發現RNase R的表達受多種逆境誘導的分子機制是由蛋白質乙酰化引起的。乙酰化修飾能促進tmRNA和SmpB復合物的結合，改變RNase R的結構，從而導致其被蛋白酶降解。在逆境條件下，RNase R不被修飾，不能被蛋白酶降解，所以保持穩定。另外，Liang等［18］從細菌中分離鑒定到了一個新的蛋白質乙酰化酶Pka，且發現該酶的表達也受外界環境的調控，表明蛋白質乙酰化修飾在生物的抗逆境反應中具有重要作用。這一發現首次在蛋白質乙酰化與抗逆境反應之間建立了聯系，對控制病原細菌的發生具有重要意義。

3.3 調控趨化反應

CheY是細菌趨藥性反應的調控器，能使趨藥信號從受體復合物轉移到鞭毛馬達復合物的開關元件上。并且，CheY能夠利用與其同源的受體結合的組氨酸激酶CheA，在天冬氨酰殘基上自行磷酸化，能降低它們之間的親和力，同時提高了CheY 與開關分子FliM 和磷酸酶CheZ的親和力。CheY 與開關分子結合后，能夠促進鞭毛的順時針旋轉，而CheY的去磷酸化由CheZ 完成。CheY 的乙酰化也能促進鞭毛的順時針旋轉［19］。

CheY有6個乙酰化位點，集中在CheY 與CheA、CheZ 及FliM 相互作用的區域［20］。CheY 乙酰化的機制主要有兩種：第一，以AcCoA 為乙酰基供體，自行催化完成乙酰化修飾；第二，以乙酸鹽為乙酰基供體，由ACS 催化［6］。兩種去乙酰化機制也被報道：一種是依賴于ACS，它能調控CheY的可逆的乙酰化；另一種依賴于去乙酰化酶CobB。其中，后者占主導地位［21］。因而，CheY 對趨藥作用有快調和慢調兩種模式，前者是對外界環境所做出的反應，由磷酸化介導；后者是細胞新陳代謝狀態的顯示，由乙酰化介導［22］。CheY的磷酸化抑制它的乙酰化，CheZ催化其去磷酸化后增強它的乙酰化［23］。

3.4 調控代謝

隨著乙酰化檢測技術的發展，人們開始在蛋白質組學水平上對賴氨酸乙酰化蛋白進行鑒定，并在細胞內發現了大量受乙酰化調控的中間代謝酶和代謝相關蛋白，這也為人們進一步研究乙酰化在代謝調控中的作用提供了依據。

Kim 等從小鼠肝細胞線粒體中鑒定賴氨酸乙酰化蛋白時發現，線粒體中有20%以上的蛋白能發生賴氨酸乙酰化修飾，其中包括很多生長因子和代謝酶類［24］。Zhao 等［25］用人肝臟組織作為研究對象，確定了1 047 種人類蛋白質的1 300 個賴氨酸乙酰化修飾位點，發現幾乎所有的中間代謝酶都發生了賴氨酸乙酰化修飾。在原核生物沙門氏菌中，研究發現了191 種蛋白質的235個賴氨酸乙酰化位點，大約一半的乙酰化蛋白質參與了代謝途徑，幾乎覆蓋了所有與生命代謝有關的酶［26］。這些研究成果不斷擴展了對乙酰化修飾的認識，也為乙酰化修飾參與調節細胞代謝提供了重要證據。

在對沙門菌屬的研究中發現，用不同碳源培養細胞，核心代謝酶的乙酰化狀態會發生改變以提高能源的利用效率。當培養基中以葡萄糖為營養來源時，糖酵解和檸檬酸循環占有絕對優勢；當營養物為檸檬酸時，乙醛酸途徑被激活，同時碳的代謝也由糖酵解轉而傾向于糖異生方向［26］。這種根據營養物來源的變化而迅速改變代謝通路的能力大大增強了原核生物對環境的適應性。

相比原核生物，真核生物由于要求更加穩定的內環境，其代謝的調控也更加精細。在肝細胞生長過程中改變一些營養物質（葡萄糖、氨基酸和脂肪酸）的濃度將影響相應中間代謝酶的賴氨酸乙酰化水平，從而改變這些酶在細胞中間代謝中的活性和穩定性［27］。

進一步比較了沙門氏菌和人肝臟組織中的代謝酶賴氨酸乙酰化修飾情況后發現，賴氨酸乙酰化修飾調控新陳代謝是一個在進化上高度保守的調控機制，在新陳代謝的代謝方向改變以及不同代謝途徑轉換過程中起到關鍵作用。代謝酶乙酰化修飾的研究使人們更清晰地看到乙酰化修飾可能是與磷酸化、糖基化、甲基化等翻譯后修飾機制一樣，受到精細的調控，并且發揮著關鍵的作用［8］。

3.5 參與應激反應

賴氨酸的乙酰化能夠促使大腸桿菌抵御不同環境的刺激，乙酰基轉移酶YfiQ的提高，不僅會導致細胞濃度的增加，而且能夠提高大腸桿菌抗熱和抗氧化的應激能力［28］。然而，通過對去乙酰化酶CobB過量表達來減少乙酰化，會得到完全不同的結果。轉錄組學和實時熒光定量PCR技術（qRT-PCR）表明，CobB在氧化應激條件下能夠抑制katG的表達。另外，參與抗氧化活動且由兩種成分組成的調節蛋白，如CpxA、UvrY、PhoP和 BasR可能是乙酰化的靶標位點。這表明，乙酰化在應激反應中發揮著一定的作用［29］。

3.6 調控功能性乙酰化蛋白——ACS的活性

乙酰輔酶A 是能量代謝的重要中間代謝產物，在植物和細菌中，它可以由乙酸鹽和輔酶A 經乙酰輔酶A 合成酶（acetyl-CoA synthase，ACS）催化得到，從而參與脂質合成和產生能量等過程。

在沙門氏菌中，ACS 的活性受高度保守的賴氨酸K609調控，Pat 乙酰化ACS 使其失去催化活性，CobB 使乙酰化的ACS 去乙酰化而有催化活性［30，31］。這種調控方式在細菌中可能是一種普遍的現象，例如，在E. coli K-12中，與Pat和CobB同源的YfiQ和NpdA，其相應的ACS也受K609調控。在Bacillus subtilis中，Acs同樣由乙酰化或去乙酰化調控，但是這個過程由于有兩種去乙酰化酶——SrtN（依賴于NAD+）和AcuC（不依賴于NAD+）的參與而更加復雜。另外，Rhodopseudomonas palustris以及Mycobacterium tuberculosis中的ACS 的活性均可以受乙酰化進行可逆性的調控［32］，只是M. tuberculosis 中ACS 是由乙酸鹽而非乙酰輔酶A 提供乙酰基，并進行自身乙酰化修飾調控的［33］。

4 乙酰化研究技術的發展

蛋白質乙酰化修飾的檢測不同于磷酸化，磷酸化相對來說易于檢測，可通過原位磷酸化標記、靈敏的磷酸化特異性抗體等穩定有效的手段進行研究。而對于蛋白質乙酰化研究的手段和方法十分有限，這些技術上的困難限制了蛋白質乙酰化作用的研究和發展。

Kim等［34］于2006年，首次在蛋白質組學水平上研究出一種檢測賴氨酸乙酰化的方法，即用賴氨酸乙酰化特異性抗體富集乙酰化肽段，再利用液相色譜質譜聯用（HPLC/MS）的方法進行檢測，結果在200多個蛋白質中檢測出大約400 個賴氨酸乙酰化位點。Choudhary 等［13］采用細胞培養條件下穩定同位素標記氨基酸（stable isotope labeling with amino acids in cell culture，SILAC）技術和高分辨率、高靈敏度的電場軌道阱回旋共振組合（LTQ Orbitrap）質譜儀完成了乙酰化組學的全面鑒定。另外，該研究小組對大約1 700 個乙酰化蛋白進行檢測，結果發現超過3 500 個乙酰化位點，而磷酸化組學在大約2 200 個蛋白中檢測出6 600 個磷酸化位點［35］。因此，乙酰化修飾幾乎和磷酸化修飾這一最重要的蛋白質修飾方式一樣，能夠廣泛存在，并且發揮著重要的修飾作用。

SILAC技術對于乙酰化的全面鑒定及定量分析是十分有利的，其在不同實驗條件下，通過用不同分子量的同位素標記細胞的蛋白質，并對混合的蛋白質組中特異性乙酰化肽段進行定量分析，能夠將錯誤率控制在0.1%-0.3%的低水平［36，37］。但是，SILAC技術是基于對成對樣本用穩定同位素進行蛋白標記的，這一過程很難在活體動物中進行。非標記定量（label-free quantification，LFQ）質譜法很好地解決了活體檢測這個問題。Schwer 等［38］采用LFQ 質譜法，對能量限制（calorie restriction）過程中肝細胞線粒體的賴氨酸乙酰化水平變化進行了檢測，使能量限制與線粒體蛋白質上的乙酰化變化聯系到一起，從而表明LFQ 質譜法對組織中的乙酰化水平的檢測是可行的。研究表明，以SILAC 和LFQ為基礎的質譜分析方法已成為賴氨酸乙酰化研究的關鍵技術。運用這些技術，可以在生理、病理和藥理條件下對乙酰化蛋白質水平的高低進行定量檢測和定性分析，從而為揭示乙酰化修飾在生理及病理條件下的作用提供豐富的信息。

隨著人們對乙酰化研究的深入，一些新技術和新方法也在乙酰化的研究中得到了廣泛的應用，同時發揮著重要的作用。例如，Mertins等［39］采用SEDPM（serial enrichments of different post-translational modification）技術對同一個生物樣品蛋白的翻譯后修飾進行了整合分析，這為整體性研究細胞代謝及信號轉導途徑奠定了基礎。Lu 等［40］利用生物信息學技術對PhosphositePlus、Uniprot和 Choudhary 檢測的3 000 多個乙酰化位點這3個數據庫進行了分析，并結合gene ontology（GO）、KEGG、二級結構預測等途徑整體分析了乙酰化蛋白的功能。另外，蛋白質芯片作為蛋白質組學強有力的工具，也被用于乙酰化的研究。Thao 等［41］利用蛋白質芯片發現了大腸桿菌中Pat 蛋白的乙酰化底物；Zhang 等［42］利用蛋白質芯片發現了大腸桿菌中CobB 的去乙酰化底物。這些結果表明，利用蛋白質芯片對于尋找乙酰化底物以及新的去乙酰化酶非常有利，這也為將來全局性尋找乙酰化蛋白相互作用蛋白，最終構成一個乙酰化調控網絡提供強有力的工具。

5 蛋白質乙酰化的應用及前景

5.1 蛋白乙酰化與代謝疾病

正常情況下，細胞內蛋白質的乙酰化與去乙酰化由乙酰基轉移酶和去乙酰化酶協同調控，二者處于動態平衡，精確地調控基因的轉錄和表達，從而維持細胞的正常生理和生化過程。然而，這種平衡一旦被打破，就會導致基因表達調控的紊亂，從而引起相關疾病的發生。目前，研究已發現多種疾病的發生與蛋白質乙酰化和去乙酰化平衡失調有關，其中，研究最多的是與代謝相關的疾病。

研究發現，細胞質和線粒體中存在大量的乙酰化蛋白質，絕大多數與中間代謝有關。在催化中間代謝的蛋白酶中，賴氨酸乙酰化可以通過至少兩種機制調節代謝酶：乙酰化介導的調節代謝酶的活性；影響蛋白酶的穩定性［43］。另外，代謝酶乙酰化位點的喪失會導致代謝酶活性與穩定性不受乙酰化修飾的調控，從而引起體內代謝紊亂，造成一些代謝中間產物的積累或者合成不足繼而引發代謝相關疾病。其中，糖尿病、肥胖癥等疾病均可能與代謝酶的乙酰化位點突變有關［44，45］。蛋白質乙酰化還參與阿爾茨海默氏癥、亨廷頓綜合征的調節，并且與心血管疾病和多種癌癥的發生有關［46，47］。因此，蛋白質乙酰化在代謝疾病中發揮著重要的調控作用，并可能為治療與代謝相關的疾病提供理論指導和新的思路［48，49］。

5.2 HDACIs的應用

大量的研究表明，去乙酰化酶抑制劑（HDACIs）具有廣泛的治療疾病的功能，已經成為治療心臟病、糖尿病和癌癥等多種疾病的有潛力的試劑，并且部分已經在臨床等中得到了很好的應用。目前，HDACIs可分為四類：（1）短鏈脂肪酸，有丁酸鈉、丙戊酸等；（2）氧肟酸類，如曲古抑菌素（TSA）和辛二酰苯胺異羥肟酸（SAHA），其中，TSA是最早發現的天然組蛋白去乙酰化酶抑制劑，它通過改變染色質折疊構象調節基因表達，且能改變蛋白質乙酰化水平而調節蛋白質的功能。而SAHA已被美國FDA批準用于治療皮膚T 細胞淋巴瘤。（3）環形四肽類，有TrapoxinA、Apicidin和FR901128等；（4）苯甲酰胺類，如4-乙酰氨基-N-（2'-氨基苯基）-苯甲酰胺（CI994）和MS-275，兩者均有抗腫瘤作用［50，51］。

5.2.1 HDACIs在抗腫瘤中的應用 近年來，HDACIs作為一種新型抗腫瘤藥物，能夠抑制腫瘤細胞的增殖，誘導腫瘤細胞生長停滯、分化和凋亡，是很有前景的腫瘤治療藥物。已有大量研究報道，大部分組蛋白在腫瘤細胞中呈低乙酰化狀態，組蛋白乙酰化修飾能夠調控基因的表達，并且其在腫瘤發生、發展中扮演重要角色。這對加深認識腫瘤的發生機制有重要意義，也為腫瘤的治療提供了新的思路。研究表明，胃癌、乳腺癌等多種腫瘤組織中均有HDAC 表達的異常上調，導致了腫瘤細胞內增殖、分化、凋亡相關基因表達的紊亂［52，53］，且HDACIs在基礎及臨床實驗中均展示了良好的抗腫瘤效應，且無明顯毒副作用［54］。Li等［55］研究發現，多種HDACIs已進入抗腫瘤治療的Ⅰ期或Ⅱ期臨床研究，而且HDACIs不僅對腫瘤細胞存在直接的抑制作用，而且還可以克服腫瘤對其他藥物的抗藥性，這使得HDACIs與其他抗腫瘤藥物的聯用成為可能。目前，HDACIs 抗癌藥物已經進入臨床試驗階段。組蛋白去乙酰化酶抑制劑可以導致DNA 損傷，正常細胞可以修復這種損傷，而異常細胞不能，從而殺死癌癥細胞［56］。HDAC I和HDAC II類的抑制劑已經被設計并應用到臨床作為抗癌的試劑［57］。另外，HDAC III類（Sirtuin）的激活劑作為抗衰老和抗癌試劑，對治療心血管疾病和代謝疾病具有潛在的價值［58］。

最初對HDACIs的分子機制研究主要局限在轉錄過程的表觀遺傳調控（特別是對腫瘤抑制基因的調控）及其作用靶點組蛋白上，但隨著越來越多的非組蛋白上賴氨酸乙酰化的發現，HDACIs抑制腫瘤的分子機制也有了新的突破點和進展。已有研究表明，發生賴氨酸乙酰化的非組蛋白也是HDACIs的作用靶點［59］，并且Kim等對兩種組蛋白去乙酰化酶抑制劑SAHA 和MS-275 的作用靶點進行比較發現，HDACIs具有非常高的特異性。例如，Hsp90 的α 和β 亞基在SAHA 處理后乙酰化水平明顯升高，而MS-275 幾乎沒有影響；在誘導組蛋白乙酰化上，SAHA比MS-275要更加有效；而p53 上5 個乙酰化位點中的4 個的乙酰化水平更易被MS-275 所提高［13］。這表明HDACIs存在非常高的底物特異性，同時為HDACIs作用機制的研究提供了理論依據。

5.2.2 HDACIs在抗炎癥中的應用 蛋白質乙酰化修飾是近年來倍受關注的炎癥基因表達調控的新機制，蛋白質去乙酰化酶及抑制劑對炎癥及抗炎作用具有雙向的影響，主要表現為抑制作用。HDACIs對糖皮質激素類藥物的抗炎作用具有抑制效果，其相互之間的作用機制尚不完全清楚。但是，基于HDACIs對免疫細胞、細胞因子等具有調節作用，且不依賴于HDACs 的表達的特點，其可能是治療糖皮質激素類藥物不敏感型患者的理想藥物。研究證明，HDACIs 對免疫細胞的增殖分化、免疫細胞表面因子的表達及細胞因子的分泌均有較強的抑制作用，說明其在器官移植抗免疫排斥治療中亦有較廣的應用前景［60］。

5.2.3 HDACIs在其他疾病治療中的應用 用組蛋白去乙酰化酶抑制劑誘導治療耐藥復發的白血病患者，取得完全的臨床緩解。例如，SAHA 可以引起急性髓樣白血病細胞的DNA 損傷［61］。這說明HATs /HDACs 功能紊亂是白血病發生或耐藥的一個重要機制，調節HATs/HDACs 的平衡，促進蛋白質的正常乙酰化，可能是治療白血病及其他惡性腫瘤的新途徑［62］。因而，設計開發新的、具有較低毒性和選擇性的HDACIs具有重大的意義。

6 展望

賴氨酸乙酰化與甲基化、磷酸化、糖基化等翻譯后修飾機制一樣，都是參與到包括新陳代謝等生命活動的廣泛調控機制，但是它們之間的關系如何現在依然未知。利用高分辨率質譜技術相繼發現賴氨酸的丙二酰化和琥珀酰化，并且Peng等［63］發現Sirt5 能夠催化賴氨酸去琥珀酰化和去丙二酸酰化，首次證明了賴氨酸去乙酰化酶（HDAC）的非去乙酰化的活性。另外，Weinertn 等［64］的研究表明，大腸桿菌中大多數蛋白質乙酰化位點也發生琥珀酰化修飾，從而進一步證明乙酰化和琥珀酰化緊密相關。可以預測大腸桿菌中還存在新的去乙酰化酶，或許其對琥珀酰化及其它修飾方式也有作用。另外，以代謝調控為例，乙酰化與其他調控機制之間是如何相互協調而最終實現機體代謝平衡的，以及乙酰化在代謝調控中更細致的作用機制，都值得人們進一步探究。隨著乙酰化調控代謝酶的分子機制的逐漸闡明，可以確定乙酰化是否具有協調真核或原核生物整個代謝網絡的功能。

蛋白質乙酰化的檢測技術正逐漸取得快速發展，例如，高分辨率質譜技術和蛋白質芯片都得到了廣泛的應用，從而推動了乙酰化的研究。然而，檢測技術的不斷進步帶來了大量乙酰化的數據，這需要更先進的計算機工具和分析工具來獲取有用的信息［65］。因而，對于蛋白質乙酰化的研究需要多個學科的研究者共同參與。

此外，對于蛋白質乙酰化出現了很多新的研究方向，已有研究表明組蛋白乙酰化對植物生長、發育、開花、逆境脅迫及激素信號應答等起著重要的作用；并且其可能在植物的細胞壁防御病菌侵害、減緩細胞壁的降解等方面也發揮重要的作用［66］，但無論是方法上的成熟性，還是目前所取得成果都遠不及在原核以及高等動物中所達到的水平。另外，賴氨酸乙酰化在原核生物中的范圍、在病原菌中未發現的功能等問題，都需要進一步探究。HDACIs如上文所述在治療人類疾病方面得到了廣泛的應用，但其是否可用于防治植物病害的發生并不清楚，可以預測HDACIs非常有潛力來控制植物病害的流行。HDACIs作為一種綠色的、對環境友好的小分子化合物，將為控制植物病害的發生提供新的選擇。

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The Research Progress of Protein Acetylation

Lü Binna Liang Wenxing
（College of Agronomy and Plant Protection，Qingdao Agricultural University，Qingdao 266109）

Protein acetylation is a ubiquitous, reversible and highly regulated protein post-translational modification. It mainly occurs in-NH2of protein lysine residues. Protein acetylation was firstly reported about 50 years ago, and now has been the international research hotspot in the field of protein. Acetylation is catalyzed by lysine acetyltransferases and lysine deacetylases, It was involved in almost every aspects of biological processes, including transcription, stress response, central metabolism and protein synthesis and degradation, etc. In recent years, the detection technology of acetylation, which includes mass spectrometry（MS）and protein chip and so on, has developed rapidly and provides a powerful tool for advanced study of acetylation. Protein acetylation is widely used and mainly plays an important role in metabolic diseases. In addition, histone deacetylase inhibitor（HDACIs）has become the potential agent to treat a variety of diseases such as heart disease, diabetes, and cancer. This review probes and summarizes the study process, function, detecting techniques and applications of the acetylation, and also discusses the future directions as well as the prospects of protein acetylation research.

protein acetylation；metabolism；HDACIs；lysine acetyltransferase

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.03.003

2015-01-12

國家自然科學基金項目（31370779）

呂斌娜，女，碩士研究生，研究方向：蛋白質組學，分子植物病理學；E-mial：lvbinna03@163.com

梁文星，男，博士，教授，研究方向：蛋白質組學，分子植物病理學；E-mial：wliang790625@163.com