近日，北京大学化学与分子工程学院、北京大学合成与功能生物分子中心、北大-清华生命科学联合中心王初课题组在 Journal of American Chemical Society 杂志上发表了题为“Chemoproteomic profiling of itaconation by bioorthogonal probesin inflammatory macrophages”的论文。在这项工作中，他们开发了新型衣康酸修饰探针工具，并结合定量化学蛋白质组学技术，首次实现了炎症巨噬细胞中衣康酸修饰半胱氨酸位点的大规模直接鉴定，并且进一步揭示了衣康酸对细胞程序性坏死过程的调节作用。
衣康酸是近些年来被发现具有显著抗炎抗菌活性的代谢物分子，它在病原菌侵染或者脂多糖刺激的炎症巨噬细胞中会大量产生，浓度可达到毫摩级别，并广泛参与到抗炎信号通路中。由于衣康酸具有共轭不饱和双键结构，它可以通过迈克尔加成反应共价修饰蛋白质中的半胱氨酸残基，通过影响底物蛋白的活性和功能从而调节炎症反应过程。此前，王初课题组和陈兴课题组共同合作发展了新型半胱氨酸靶向非天然糖探针，并结合竞争性化学蛋白质组学技术首次在组学水平上对衣康酸的半胱氨酸修饰位点进行系统的分析，并成功发现了260个高置信度的衣康酸修饰位点。其中，衣康酸可以修饰和抑制糖酵解通路中关键蛋白ALDOA，LDHA和GAPDH，进行负反馈调节抵抗炎症（Nature chemical biology 2019, 15 (10), 983-991.）。然而，该方法只能在细胞裂解液中进行，并且由于是一种基于竞争标记的方法，所以只能间接地检测衣康酸在半胱氨酸上的修饰。为了解决以上局限性，在本工作中，作者们发展了一种带有生物正交基团的新型衣康酸探针——ITalk, 它可以有效地进入细胞中并实现活细胞内衣康酸修饰蛋白的直接捕捉，再结合定量蛋白质组学对衣康酸修饰蛋白和位点进行大规模分析和鉴定（图1）。作者们在炎症诱导的巨噬细胞中鉴定到属于862个蛋白的1164个半胱氨酸位点，这其中包括许多参与到炎症免疫响应和宿主防御相关调节通路中的关键蛋白，例如炎性小体、信号转导、转录和细胞死亡相关蛋白，暗示衣康酸可通过调节多种通路来影响巨噬细胞功能。其中，作者们发现程序性坏死通路中的关键蛋白RIPK3的Cys360为衣康酸主要的修饰位点，且衣康酸在该位点的修饰能够促进RIPK3和下游蛋白MLKL的磷酸化，从而促进RIPK3信号通路介导的细胞坏死。

图1：带有生物正交基团的衣康酸探针用于炎症刺激的巨噬细胞中衣康酸修饰的鉴定
本论文的通讯作者为王初教授，共同第一作者是其指导的生命科学联合中心2014级博士毕业生秦为和2016级博士研究生张艳玲。王初课题组博士后唐欢、刘源，化学学院2019级研究生刘东阳、2014级博士毕业生陈影等合作者为本课题作出贡献。该工作受到科技部、基金委、北京分子科学国家研究中心、教育部生物有机和分子工程重点实验室的支持。