近日，我院楊靜華教授團隊與空軍軍醫大學朱平教授團隊、上海大學陳亮教授團隊合作在國際頂尖自然科學雜志Science上發表了題為“Cysteine carboxyethylation generates neoantigens to induce HLA-restricted autoimmunity”的長篇研究論文。該研究報道了一種泛蛋白修飾組學技術并發現了新型蛋白修飾和誘導限制性自身免疫。楊靜華教授為共同通訊作者，鄭州大學第一附屬醫院為通訊單位。

一般情況下，基因可編碼并翻譯成蛋白質。但現有蛋白質測定技術卻發現了很多與基因編碼不同的氨基酸，研究者把這些現代技術檢測到的非編碼氨基酸（ncAAs）稱為人類蛋白質中的黑色物質。非編碼氨基酸包括天然蛋白質中各種形式的氨基酸修飾、變異和衍生物，可反映基因編碼以外的蛋白質序列和結構的改變信息，并直接影響著蛋白結構、功能和調控。每一個非編碼的氨基酸都可能是蛋白質維度上的疾病標記物和藥物靶點，與人類疾病發生發展的分子機制密切相關。

楊靜華教授團隊經過多年研究，基于超高分辨蛋白質譜和國家超算平臺，建立了一套泛蛋白修飾組學的搜索引擎，用于測定大隊列人群蛋白質組中的ncAAs圖譜。ncAAs圖譜包括基因編碼以外的蛋白質結構信息，是人類疾病發生、發展及轉歸的分子基礎。

圖1：強直性脊柱炎PBMC的泛蛋白翻譯修飾圖譜（Top 40）

       本研究采用泛蛋白修飾組學搜索引擎，測定了強直脊柱炎患者外周單核細胞的泛蛋白修飾圖譜，發現了一系列與疾病相關的非編碼氨基酸(如圖1所示)。通過質譜和修飾特異抗體的驗證，研究發現具有72.021 Da質量偏移的非編碼氨基酸主要發生在患者整合素蛋白的第96位半胱氨酸上（ITGA2B@96Cys+72.021），與相同分子量的賴氨酸乳酸化修飾（Lys+72.021）不同, Cys+72.021為半胱氨酸的羧乙基化修飾。體內外實驗表明，半胱氨酸羧乙基化修飾需要腸道微生物釋放的代謝物3-羥基丙酸（3-hydroxypropionate，3-HPA）作為反應底物，在胱硫醚β合成酶（cystathionine-β-synthase，CBS）催化下，通過與半胱氨酸羧側鏈巰基的脫水反應生成羧乙基硫醚(如圖2所示)。

圖2：半胱氨酸羧基乙基化修飾需要3-HPA作為代謝底物

圖3：半胱氨酸羧乙基化修飾產生新抗原誘導HLA限制性自身免疫

       本研究還驗證了ITGA2B@96Cys+72.021修飾作為強直脊柱炎相關的自身抗原，并研究了半胱氨酸羧乙基化抗原誘導的MHCII依賴型CD4⁺ T細胞反應。結果表明半胱氨酸羧乙基化修飾肽可作為新生抗原，并可以被MHC II復合物HLA-DRA*01/HLA-DRB1*04提呈至細胞膜表面。臨床數據顯示，HLA-DRB1*04基因型患者產生了羧乙基化特異性自身抗體和T細胞應答。該反應與患者體內3-HPA水平存在相關性。進一步的動物實驗表明，3-HPA給藥聯合羧乙基化抗原肽免疫HLA-DR4轉基因小鼠，可誘導小鼠出現腸炎及脊柱病變(如圖3所示)。

      全文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg2482