综述：蛋白质酪氨酸硫酸化：从生物化学到治疗靶点

《Expert Review of Proteomics》：Mass spectrometry (MS)-based proteomics and the sulfome: clinical potential

本综述系统阐述了蛋白质酪氨酸硫酸化（Tyrosine sulfation）这一关键但研究不足的翻译后修饰（PTM）。文章深入探讨了酪氨酸蛋白磺基转移酶（TPST）的催化机制、底物特异性及其在多种生理病理过程中的核心作用，特别是在免疫调节（如CCR5、PSGL-1）、凝血（如纤维蛋白原、vWF）及癌症（如Wnt信号通路）中的功能。作者强调，靶向TPSTs或酪氨酸硫酸化过程本身，为开发治疗癌症、自身免疫性疾病和感染性疾病的新型疗法提供了极具前景的策略。

　　

蛋白质酪氨酸硫酸化：一个古老修饰的新视野

蛋白质酪氨酸硫酸化是一种由酪氨酸蛋白磺基转移酶（TPST）催化的翻译后修饰，其在真核生物中高度保守。该过程发生在高尔基体中，TPST利用3'-磷酸腺苷-5'-磷酰硫酸（PAPS）作为硫酸基团供体，将硫酸基团转移至特定蛋白质底物酪氨酸残基的酚羟基上，形成硫酸化酪氨酸（sTyr）。尽管早在1950年代就在尿液中鉴定出酪氨酸-O-硫酸盐，但对其生物学功能的深入理解在近几十年才取得显著进展。人类基因组编码两种TPST同工酶，TPST-1和TPST-2，它们具有重叠但又 distinct 的底物特异性。

酪氨酸硫酸化的分子机制与序列特征

TPSTs是II型跨膜蛋白，其催化结构域位于高尔基体腔内。晶体结构分析揭示了TPST-2与PAPS及受体肽复合物的结构，阐明了其催化机制，涉及一个保守的组氨酸残基作为催化碱。TPST-1则展现出更宽的底物通道，这可能解释了其相对广泛的底物特异性。对于酪氨酸残基能否被硫酸化，其周围的氨基酸序列 context 至关重要。典型的共识序列模式为：酪氨酸残基位于酸性氨基酸（如天冬氨酸、谷氨酸）或丙氨酸、脯氨酸等残基的C端侧，且其N端侧通常为酸性氨基酸。然而，实际的识别模式可能更为复杂，受局部三维结构影响。

检测与鉴定技术的挑战与进展

由于硫酸化酪氨酸在常规蛋白质组学样品制备过程中（尤其是在酸性条件下）的不稳定性，以及其质量偏移（+79.9568 Da）与更常见的磷酸化酪氨酸（+79.9663 Da）极为接近，对酪氨酸硫酸化进行大规模、高灵敏度的鉴定一直是个重大挑战。早期研究多依赖于放射性硫酸盐（[³⁵S]Na₂SO₄）标记结合Edman降解或点突变分析。近年来，基于质谱（MS）的技术取得了重要突破，例如利用硫酸化肽段在碰撞诱导解离（CID）下产生特征性碎片离子（如m/z 106.9786的HSO₃^-），或者利用前体离子质量偏移分析等策略，大大促进了磺化蛋白质组学（sulfoproteomics）的发展。计算预测工具，如Sulfinator，也辅助了潜在硫酸化位点的挖掘。

广泛的生物学功能与关键底物

酪氨酸硫酸化通过增加蛋白质的负电性和分子间相互作用（如氢键、盐桥），显著影响蛋白质-蛋白质相互作用，在多种生命过程中扮演关键角色。

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  免疫与炎症反应：硫酸化酪氨酸是众多趋化因子受体（如CCR5、CXCR4、CCR2等）与其配体高亲和力结合所必需的。例如，HIV-1 gp120与共受体CCR5的结合严重依赖于CCR5 N端多个酪氨酸残基的硫酸化。同样，P-选择素糖蛋白配体-1（PSGL-1）的硫酸化酪氨酸对于白细胞与活化的内皮细胞初始粘附（滚动）至关重要。靶向CCR5（如马拉维诺）或PSGL-1的相互作用已成为治疗炎症性疾病和HIV感染的策略。
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  凝血与止血系统：多种凝血因子和调节蛋白存在酪氨酸硫酸化。例如，血管性血友病因子（vWF）与血小板糖蛋白Ib（GPIb）的结合受GPIb上硫酸化酪氨酸的调控。凝血因子V和VIII的硫酸化对其被凝血酶有效激活及发挥全部促凝活性至关重要。水蛭素（hirudin）等强效凝血酶抑制剂也含有硫酸化酪氨酸，是其高亲和力结合的关键。
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  激素与信号转导：胃泌素（gastrin）和胆囊收缩素（CCK）的硫酸化形式是其受体完全激活所必需的。糖蛋白激素（如促甲状腺激素TSH）受体的胞外域也发生硫酸化，并参与激素识别。最近有争议但引人注目的研究提出，组蛋白也可能发生酪氨酸硫酸化（如H3Y99sulf），可能参与基因转录调控和癌症缺氧应答，但这仍需进一步验证。
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  细胞通讯与发育：Wnt信号通路中，Wnt蛋白本身的硫酸化（包括酪氨酸硫酸化和糖胺聚糖硫酸化）对于其信号传导活性有重要贡献。酪氨酸硫酸化也参与细胞外基质蛋白的组装和功能调节。

酪氨酸硫酸化与人类疾病

异常的酪氨酸硫酸化与多种疾病密切相关。在癌症中，TPSTs及其底物的表达失调可促进肿瘤生长、血管生成、侵袭和转移。例如，在胰腺导管腺癌（PDAC）中，SLC35B2（PAPS转运蛋白）-TPST2硫酸化轴的上调通过影响Hippo信号通路等机制驱动肿瘤进展。抑制该轴可显著抑制肿瘤生长。类似地，在黑色素瘤、肝癌和乳腺癌中也观察到TPSTs的异常表达。在自身免疫性疾病（如类风湿性关节炎、多发性硬化症）和动脉粥样硬化中，依赖于硫酸化酪氨酸的白细胞募集过程加剧了病理损伤。某些遗传性出血性疾病也与凝血因子硫酸化缺陷有关。

靶向酪氨酸硫酸化的治疗前景

鉴于酪氨酸硫酸化在病理过程中的重要作用，开发靶向该过程的治疗策略具有广阔前景。这包括：

1. 1.
   开发小分子TPST抑制剂：近年来已报道了一些TPSTs（尤其是TPST-2）的先导抑制剂，并在临床前模型中显示出增强抗PD-1免疫疗法疗效、抑制肿瘤生长的潜力。
2. 2.
   利用硫酸化肽或模拟物：设计含有硫酸化酪氨酸的肽或模拟物，用于阻断病理性蛋白质相互作用，例如抑制HIV进入或白细胞异常募集。
3. 3.
   靶向硫酸化底物的相互作用界面：开发抗体或小分子药物，直接干扰硫酸化蛋白质与其配体的结合。

总结与展望

蛋白质酪氨酸硫酸化是一个动态且功能多样的翻译后修饰，深刻影响着从免疫应答到癌症进展的众多生物学过程。随着磺化蛋白质组学、结构生物学和化学生物学工具的进步，我们对TPSTs及其底物网络的理解正在迅速深化。尽管在检测和靶向方面仍面临挑战，但靶向酪氨酸硫酸化通路无疑为治疗癌症、炎症性疾病和传染病开辟了新的治疗途径。未来的研究需要进一步阐明不同TPST同工酶的具体功能、在特定疾病背景下的调控网络，并加速高效、特异性治疗药物的开发。