酰化修饰家族再添新成员，与众不同的苯甲酰化修饰

表观遗传与机体的正常发育和各种生理功能息息相关，表观遗传学也是近一二十年来生物医学领域的热门学科。同时，表观遗传的异常与许多疾病紧密关联，比如发育异常、多种神经系统的综合征、肥胖以及各种肿瘤等。

组蛋白修饰是表观遗传的重要组成部分，例如组蛋白去乙酰化酶的抑制剂就被FDA批准用于治疗肿瘤等疾病。这些蛋白质修饰广泛参与表观遗传调控，代谢途径调控和生殖发育等重要的生物学过程，极大加深了我们对蛋白质翻译后修饰的认识。

组蛋白修饰的重要性不言而喻，而除了组蛋白上外，非组蛋白上修饰的发现也逐渐揭示出蛋白质翻译后修饰对生命活动调控的广泛性与多样性。

一．酰化修饰概述

自2007年以来，芝加哥大学赵英明教授课题组陆续发现了组蛋白的丙酰化、丁酰化、巴豆酰化、琥珀酰化、丙二酰化、戊二酰化、二羟基异丁酰化以及三羟基丁酰化。这八种组蛋白修饰可被归纳为短链脂肪酸酰化修饰，都发生在赖氨酸残基上。这些新的组蛋白酰化修饰所参与的分子机制和生物通路已经在肿瘤、神经、免疫和微生物代谢，以及各种疾病包括肥胖、心血管病、糖尿病和炎症性肠病等众多研究领域掀起新一轮研究热潮。

酰化修饰的发现，逐渐构建出“酰化修饰组学”的框架图

下面简单介绍一下一些经典修饰（乙酰化）以及新型修饰的发现和应用（巴豆酰化、2-羟基异丁酰化、琥珀酰化、丙二酰化）。

赖氨酸乙酰化修饰：乙酰化最早报道于1968年，并且在1997年后逐渐发现非组蛋白乙酰化修饰的广泛存在。2010年，来自复旦大学的赵世民教授和中科院上海植生所的赵国屏院士发现，在原核细胞如沙门氏菌中，中心代谢的众多酶也受到乙酰化调控，从而应对环境中碳源的变化。

巴豆酰化修饰：由赵英明教授课题组2011年发表在Cell杂志上的关于组蛋白巴豆酰化的研究被该杂志评为2011年5篇研究亮点之一；研究证明该修饰能与活性转录启动区域和增强子密切作用，并与减数分裂后期精子细胞中性染色体的活性基因密切相关。这些研究发现对于深入了解蛋白的多项生物功能，以及蛋白翻译后修饰对于蛋白功能的影响具有重要意义。

2-羟基异丁酰化修饰：赵英明教授课题组在2014年 Nature Chemical Biology发文首次报道，发现该修饰在物种间广泛存在、在进化上保守，并指出组蛋白H4K8hib对精子细胞的分化起到重要的调控作用。

琥珀酰化修饰：最早由芝加哥大学赵英明教授实验室发现，后续的研究表明，赖氨酸琥珀酰化修饰广泛存在于真核或原核生物中，并且与乙酰化修饰存在大量的Overlap。2010年12月在线发表的关于组蛋白琥珀酰化的研究入选自然子刊Nature Chemical Biology创刊十年的39篇精品论文之一。

丙二酰化修饰：2011年Molecular and Cellular Proteomics上刊登了关于美国芝加哥大学Ben May癌症研究所及上海药物研究所的研究者们发现了细胞中赖氨酸丙二酰化的新蛋白修饰及其调控酶，后续多篇高水平研究揭示了丙二酰化参与代谢调控，影响生理病理进程的重要功能。

综上所述，蛋白质赖氨酸酰化修饰广泛存在于真核与原核生物中，并且参与到以能量代谢为主的多种生理生化过程，越来越多的文章揭示并证明了酰化修饰的关键性与广泛性。而“应用蛋白质谱分析获得修饰图谱，选取关键调控蛋白进行功能验证”这一思路，让我们可以从系统生物学的水平了解酰化修饰的变化，为寻找深入研究的切入点奠定基础。

二、苯甲酰化修饰的发现

近日，芝加哥大学赵英明教授课题组在国际著名期刊Nature Communication上发表了题为“Lysine benzoylation is a histone mark regulated by SIRT2”的论文，报道了迄今唯一的发生在组蛋白赖氨酸上，含有苯环的酰化修饰----苯甲酰化修饰，为蛋白质的翻译后修饰研究开辟新的领域，也为评价目前食品添加剂的安全性提供了新思路。赵英明教授课题组的黄河博士为文章的第一作者，参与本研究的还有香港大学的郝权教授、乔治亚大学Y. George Zhen教授。

赵英明课题组运用生物质谱与生物化学的方法鉴定出位于组蛋白的22个赖氨酸可发生苯甲酰化修饰，该种修饰会受到苯甲酸钠的激发，并受到SIRT2的调节。CHIP-Seq和RNA-Seq数据揭示出苯甲酰修饰主要集中在基因的启动子上，且其生理功能与乙酰化并非完全相同，会通过影响基因表达水平调控响应的通路。