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阿司匹林（Aspirin）作为常用药物，其对赖氨酸泛素化及蛋白降解的影响不明。研究人员运用 rp-SILAC 策略展开研究，发现 Aspirin 抑制蛋白酶体降解，增加 K63 连接的泛素化，促进 α- 突触核蛋白（α-syn）聚集体清除。这为理解其药理作用及药物研发提供新视角。
在生命的微观世界里，蛋白质如同精密机器中的零件，各司其职，维持着细胞的正常运转。而蛋白质的降解过程，就像是零件的定期清理与更新，对维持细胞的 “健康” 至关重要。一旦这个过程出现异常，各种疾病便可能乘虚而入。帕金森病（PD），一种常见的神经退行性疾病，其主要病理特征之一便是 α- 突触核蛋白（α-syn）异常聚集形成聚集体，这些聚集体在神经元中堆积，逐渐破坏神经元的正常功能，导致患者出现运动障碍等一系列症状。
阿司匹林（Aspirin），这个在日常生活中常用于缓解疼痛、降低发热和减轻炎症的药物，近年来却被发现可能对神经退行性疾病有着潜在的治疗作用。然而，Aspirin 的 “神秘面纱” 尚未完全揭开，它作为一种强效的赖氨酸乙酰化诱导剂，对赖氨酸泛素化以及泛素化介导的蛋白质降解究竟有何影响，一直是科学界亟待解决的谜题。为了深入探索这一问题，中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心的研究人员踏上了探索之旅，他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们揭示了 Aspirin 在蛋白质降解调控中的奥秘。
为了全面解析 Aspirin 对蛋白质降解的影响，研究人员运用了多种先进的技术方法。其中，最为关键的是建立了反向脉冲稳定同位素标记氨基酸细胞培养（rp-SILAC）策略，该技术能够在蛋白质组水平上精准监测细胞蛋白质降解组的变化。同时，结合乙酰化组和泛素化组实验，研究人员得以深入探究赖氨酸乙酰化和泛素化之间的潜在相互作用。此外，研究人员还构建了 PD 小鼠模型，并利用细胞实验、蛋白质免疫印迹、质谱分析等技术，从多个层面深入研究 Aspirin 对 α-syn 聚集体降解的影响机制。
研究结果主要从以下几个方面展开：
- 建立 rp-SILAC 分析蛋白质降解组：研究人员成功建立了 rp-SILAC 策略，通过该策略发现 Aspirin 处理后，蛋白质降解出现轻微减少。同时，联合使用 Aspirin、曲古抑菌素 A（TSA）和烟酰胺（NAM）组成的 ATN 组合，能够进一步抑制蛋白质降解。这表明 rp-SILAC 策略可有效用于研究 Aspirin 对蛋白质降解的影响，且 Aspirin 和 ATN 组合在全蛋白质组范围内具有抑制蛋白质降解的作用。
- Aspirin 诱导的赖氨酸乙酰化不直接抑制蛋白质降解：为探究 Aspirin 诱导的乙酰化是否通过抑制赖氨酸泛素化来抑制蛋白质降解，研究人员设计了联合定量实验。结果显示，赖氨酸乙酰化和泛素化之间没有明显的相互抑制作用，这两种修饰在赖氨酸残基上并不直接竞争占据位点。这一发现打破了以往的认知，为理解蛋白质修饰之间的关系提供了新的视角。
- Aspirin 增加 K63 连接的泛素化：通过对泛素链连接的分析，研究人员发现 ATN 组合处理显著增加了 K11 和 K63 连接的泛素化水平，Aspirin 单独处理也能使 K11 和 K63 泛素连接增加。进一步研究表明，Aspirin 能以浓度依赖的方式诱导 K63 泛素化水平升高，而对 K48 泛素化水平影响较小。这说明 Aspirin 与 K11 和 K63 泛素连接的增加有关，可能通过这一机制影响蛋白质降解途径。
- Aspirin 损害蛋白酶体活性：研究发现，Aspirin 或 ATN 组合处理后，蛋白酶体蛋白的乙酰化水平显著上调，同时蛋白酶体的三种主要蛋白水解酶活性下降。在体外实验中，Aspirin 也能浓度依赖性地降低蛋白酶体活性。这表明 Aspirin 主要通过直接乙酰化蛋白酶体成分来抑制其活性，高浓度的 Aspirin 还可能导致蛋白酶体解聚，进一步降低其酶活性。
- Aspirin 减少培养的原代神经元和细胞中的 α-syn 聚集体：鉴于 Aspirin 增加 K63 泛素化，研究人员推测其可能影响不溶性蛋白质的清除。以 α-syn 聚集体为研究对象，发现 Aspirin 能显著减少培养神经元和多种细胞中 α-syn 的丰度，且呈剂量依赖性。这为 Aspirin 治疗 PD 等神经退行性疾病提供了重要的实验依据。
- Aspirin 诱导的 α-syn 聚集体清除依赖于溶酶体：研究表明，Aspirin 通过溶酶体途径而非经典自噬途径降解 α-syn 聚集体。在 H4 细胞中，Aspirin 处理导致 K11 和 K63 连接的泛素化形式显著增加，抑制溶酶体活性会显著阻碍 α-syn 聚集体的降解。这揭示了 Aspirin 促进 α-syn 聚集体降解的具体途径，为深入理解其作用机制提供了关键线索。
- Aspirin 通过 K63 泛素化促进 α-syn 聚集体清除：实验证明，K63 泛素化介导了 Aspirin 诱导的 α-syn 聚集体清除。在原代小鼠神经元和 H4 细胞中，K63 位点突变会削弱 Aspirin 对 α-syn 聚集体的清除效果，Aspirin 主要诱导 α-syn 发生 K63 形式的泛素化。这进一步明确了 Aspirin 促进 α-syn 聚集体清除的分子机制，即通过增强 K63 泛素化来实现。
- Aspirin 减少 PD 小鼠模型中的 α-syn 聚集体并改善行为缺陷：在 PD 小鼠模型中，Aspirin 治疗 8 周后，显著改善了小鼠的运动能力，减少了纹状体中磷酸化 α-syn（p-α-syn）的强度和聚集体密度，同时保护了黑质致密部的多巴胺能（DA）神经元。此外，Aspirin 处理导致小鼠大脑中所有检测到的泛素连接形式增加，其中 K63 连接的泛素化增加最为显著。这表明 Aspirin 不仅能促进 α-syn 聚集体的降解，还具有神经保护作用，可改善 PD 小鼠的行为缺陷。
- Aspirin 促进 α-syn 清除在体内由 K63 泛素化介导：通过在 PD 小鼠中表达不同的泛素变体，研究发现表达 K63R 泛素的小鼠在运动能力测试中表现更差，纹状体中 p-α-syn 强度更高，黑质中 DA 神经元数量更少。这进一步证实了 Aspirin 在体内通过 K63 泛素化促进 α-syn 的降解，从而缓解 PD 样症状。
研究结论表明，Aspirin 作为一种 “多功能” 药物，能够双向影响可溶性和不溶性蛋白质的降解。一方面，它通过抑制蛋白酶体活性减少蛋白质降解；另一方面，通过增加 K63 连接的泛素化促进 α-syn 聚集体的清除。这一研究成果为理解 Aspirin 的药理作用提供了新的维度，揭示了其在神经退行性疾病治疗中的潜在价值。同时，研究也指出了一些尚未解决的问题，如 Aspirin 诱导 α-syn 上 K63 连接的泛素化增加的具体机制仍不明确。未来对这些机制的深入研究，将为帕金森病及其他以病理性蛋白质聚集体为特征的疾病开发新的治疗靶点和策略提供重要的理论基础。
