丙二酰化修饰(Malonylation, Kmal)是一种以丙二酰辅酶A(Malonyl-CoA)为供体的新型蛋白质翻译后修饰,通过将丙二酰基团共价结合到靶蛋白的赖氨酸(Lys)残基上,改变蛋白质的电荷特性、构象及功能。丙二酰化修饰广泛参与代谢调控、信号传导、免疫反应等过程。丙二酰化异常与心血管疾病、炎症调控、肝脏疾病、肿瘤进展及植物胁迫响应密切相关,其研究为疾病机制解析、药物靶点筛选和精准医疗提供了新方向。
高灵敏度:可检测低丰度丙二酰化肽段,支持微量样本(如5×10⁸细胞、2 g组织)。
多组学整合:结合代谢组学、表观组学、转录组学等,解析“修饰-代谢-功能”网络。
高特异性:采用丙二酰化泛抗体富集,提升修饰肽段鉴定效率。
动态调控分析:支持定量分析(如DIA)和修饰酶预测(如KAT2A、SIRT5)。
全面性:覆盖全蛋白组丙二酰化事件,揭示代谢与表观调控网络。
可靠性:基于高分辨率质谱(如Orbitrap Astral、timsTOF Pro)和AI辅助分析工具。
探索性:发现新丙二酰化位点及调控机制,支持基础研究向临床转化。
1、疾病机制与标志物开发
(1)心血管疾病
案例1:糖尿病心肌病技术:丙二酰化修饰组学 + 组蛋白分析
成果:Ago2 K440丙二酰化抑制线粒体翻译,导致活性氧(ROS)积累(Circulation, 2024)。
案例2:病理性血管生成技术:丙二酰化修饰组学 + 功能验证
成果:mTOR K1218丙二酰化抑制血管生成(Cell Metab, 2024)。
(2)代谢性疾病
案例:脂肪肝技术:丙二酰化修饰组学 + 代谢组学
成果:筛选出与脂肪肝进展相关的丙二酰化修饰蛋白(J Proteome Res, 2025)。
应用:代谢异常筛选:识别丙二酰化异常与肥胖、2型糖尿病的关联。
标志物开发:通过丙二酰化谱开发脂肪肝早筛标志物。
2、药物研发与靶点验证
(1)靶向药物设计
案例:SIRT5抑制剂开发技术:丙二酰化修饰组学 + 药效评估
成果:SIRT5抑制剂降低HADHA K644丙二酰化,改善代谢紊乱(Mol Cell, 2025)。
应用:药效评估:分析药物对靶蛋白丙二酰化的调节(如SIRT5抑制剂降低HADHA K644丙二酰化)。
耐药机制研究:发现耐药突变导致的修饰位点改变(如FAO通路丙二酰化失调)。
(2)天然产物作用机制
案例:中药降脂成分研究技术:丙二酰化/代谢组学 + 代谢通路分析
成果:发现中药成分通过调节脂肪酸代谢相关蛋白丙二酰化水平降脂。
应用:药物优化:通过修饰位点指导中药成分改造。
毒性预测:鉴定药物非靶向蛋白的意外修饰(如肝毒性相关蛋白)。
3、免疫调节与抗感染
案例:CD8+ T细胞记忆形成技术:丙二酰化修饰组学 + 代谢重编程分析
成果:STAT6 K374丙二酰化解除其对TCF1的抑制,增强T细胞记忆分化(CMI, 2025)。
应用:免疫治疗:开发针对丙二酰化修饰酶的免疫调节剂。
疫苗设计:通过调控丙二酰化水平增强疫苗诱导的记忆T细胞应答。
4、神经退行性疾病
案例:阿尔茨海默病(AD)技术:丙二酰化修饰组学 + 线粒体功能分析
成果:AD患者脑组织中APP和tau蛋白丙二酰化异常(Nat Commun, 2022)。
应用:病理机制解析:揭示丙二酰化异常与蛋白聚集的关系(如线粒体能量代谢紊乱)。
治疗靶点筛选:开发针对SIRT5或RAB7A的调控剂。
5、农业与环境研究
(1)作物性状改良
案例:小麦抗旱机制技术:丙二酰化修饰组学 + 转录组学
成果:鉴定233个丙二酰化蛋白,涉及碳代谢、抗氧化通路(Plant Physiol, 2024)。
应用:抗逆机制研究:解析干旱/盐碱胁迫下的丙二酰化变化。
育种保护:筛选高产/抗病品种的关键丙二酰化位点。
(2)植物胁迫响应
案例:菊花抗寒机制技术:丙二酰化修饰组学 + 代谢通路分析
成果:丙二酰化调控光合作用相关蛋白,增强抗寒性(Plant Cell, 2024)。