揭秘胎儿发育关键期：17周胎儿多器官赖氨酸巴豆酰化修饰的重大发现

为探究 17 周胎儿器官发育中赖氨酸巴豆酰化（Kcr）的作用，研究人员分析多器官 Kcr，发现其与器官功能相关，为胎儿发育研究奠基。

　　

在生命的奇妙旅程中，胎儿的发育一直是科学界关注的焦点。近年来，随着先进组织学技术和分析方法的不断涌现，人们对人类胎儿发育各个阶段的表观遗传特征有了更深入的了解，这对于指导胎儿未来的发育以及新生儿的生存具有极其重要的意义。然而，由于不同胎儿器官组织的供应有限，目前关于胎儿器官发育分子特征的大部分知识都来自于动物研究。例如，通过兔子不同时期肺发育模型来模拟人类肺器官在不同阶段的分子特征，发现肺发育不同阶段某些基因和通路的表达存在显著差异 。虽然已有研究表明 lincRNAs 在胎儿神经、心血管等多方面发育中发挥重要作用，以及利用空间转录组学对人类胚胎进行多组学映射，但胎儿发育过程中许多器官巴豆酰化的变化尚未得到深入研究。

蛋白质翻译后修饰（PTMs）是蛋白质合成后对氨基酸侧链进行化学修饰的过程，包括磷酸化、乙酰化、泛素化、巴豆酰化（Kcr）等多种形式。其中，赖氨酸巴豆酰化修饰是 2011 年由芝加哥大学赵英明教授团队发现的一种新型酰化修饰，主要存在于转录活跃染色质区域的组蛋白上，与生殖调控密切相关，在多种生物过程中发挥重要作用，如调节代谢酶活性、控制 DNA - 蛋白质相互作用等，还与胎儿发育、脑海马神经元激活、心脏肥大等多种生理和病理过程相关。怀孕第 17 周是胎儿器官发育的关键时期，此时大脑、心脏、肺、肾和肝脏等主要器官已形成并开始发挥功能，为研究巴豆酰化修饰在器官功能中的作用提供了良好的基础。

为了深入了解 17 周胎儿发育过程中 Kcr 修饰在多个器官中的作用及相关生物学功能，深圳市人民医院等机构的研究人员开展了相关研究。该研究成果发表在《Proteome Science》上。

研究人员主要运用了高分辨率 LC - MS/MS（液相色谱 - 质谱联用技术）和高灵敏度免疫亲和纯化技术。研究中使用的样本来自 1 例 17 周胎儿流产案例，获取其脑、心、肺、肝和肾五种器官组织，经处理后进行实验分析。

研究结果如下：

• Kcr 蛋白和修饰位点的鉴定：通过质谱分析，研究人员在 5102 种蛋白质中鉴定出 24947 个 Kcr 修饰位点。不同器官中 Kcr 蛋白和修饰位点的数量存在差异，如脑组织中鉴定出 2635 种蛋白质和 8827 个 Kcr 修饰位点，心脏组织中则有 2756 种蛋白质和 10913 个 Kcr 修饰位点等。

• 共表达 Kcr 蛋白的亚细胞定位分析和 GO 分类：利用 Venn 分析发现，1154 种蛋白质在五个器官中均有表达。亚细胞定位分析显示，这些共表达的 Kcr 蛋白主要分布在细胞质（43.12%）、细胞核（23.81%）和线粒体（13.16%）。GO 分类结果表明，在生物过程分类中，细胞过程（22.81%）占比最大；在细胞组成分类中，细胞器（15.42%）占比最大；在分子功能分类中，结合（45.58%）占比最大。

• 共表达 Kcr 蛋白的功能富集分析：对共表达的 Kcr 蛋白进行 GO 和 KEGG 富集分析。GO 分析发现，在生物过程方面，共表达 Kcr 蛋白显著富集于含嘌呤化合物代谢过程、RNA 剪接等；在细胞组成方面，与细胞 - 底物连接、黏着斑等相关；在分子功能方面，与钙粘蛋白结合、肌动蛋白结合等功能显著相关。KEGG 通路富集分析显示，共表达 Kcr 蛋白显著富集于神经退行性疾病相关通路等。

• 共表达 Kcr 蛋白的 PPI 分析：通过 string 数据库对共表达 Kcr 蛋白进行 PPI 分析，并将相互作用的蛋白分为翻译和核糖体、线粒体和核糖核苷等五个簇，发现翻译和核糖体功能与 Kcr 蛋白的相互作用最强。

• 共表达 Kcr 蛋白的 Motif 分析：分析五个器官共表达 Kcr 蛋白巴豆酰化位点的 Motif 特征，发现赖氨酸（K）、丙氨酸（A）和谷氨酸（E）残基在修饰位点上下游前 10 位出现频率较高，而半胱氨酸（C）和丝氨酸（W）残基出现频率较低。

• 特异性表达蛋白的功能富集分析：对五个器官中特异性表达的蛋白质进行功能富集分析，发现脑特异性表达蛋白与突触组织、轴突发生等过程显著相关；心脏特异性表达蛋白与肌原纤维组装、线粒体基因表达等过程相关；肾脏特异性表达蛋白与上皮细胞极性维持等过程相关；肝脏特异性表达蛋白与小分子分解代谢过程相关；肺特异性表达蛋白与纤毛组装、运输等过程相关。

• 特异性表达蛋白的 Motif 分析：Motif 分析表明，五个器官中 Kcr 修饰位点总体特征相似，均在谷氨酸（E）、赖氨酸（K）和缬氨酸（L）残基处有显著富集，但位点富集频率存在差异。

• Kcr 高修饰位点的筛选和 Motif 分析：Venn 分析结果显示，五个器官共有 5 个显著变化的蛋白质，包括 SPTBN1、HSP90AA1 等。此外，不同器官还有各自特异性表达的高修饰蛋白，如脑中有 12 个，心脏中有 19 个等。这些高修饰位点上下游前 10 位中，丙氨酸（A）、谷氨酸（E）、赖氨酸（K）和缬氨酸（L）残基出现频率较高，半胱氨酸（C）残基出现频率较低。

研究结论和讨论部分指出，该研究首次报道了 17 周人类胎儿发育过程中赖氨酸巴豆酰化蛋白质图谱，共鉴定出分布在脑、心、肾、肝和肺器官的 5102 种蛋白质中的 24947 个 Kcr 修饰位点，其中 1154 种蛋白质在五个胎儿器官中共表达 。研究发现 Kcr 修饰可能影响 17 周胎儿脑、心、肾、肝和肺中遗传物质的转录和翻译、能量产生和代谢活动。并且不同器官中表达的 Kcr 蛋白执行不同功能，Kcr 在胎儿生命维持活动和发育中起着关键作用，但具体作用机制仍需进一步研究。此外，研究中发现的高修饰 Kcr 蛋白，如 SPTBN1、HSP90AA1 等，可能在未来胎儿发育研究中发挥重要作用。该研究为深入了解胎儿器官发育机制提供了重要信息，也为后续研究胎儿发育过程中巴豆酰化修饰的动态变化及其对器官功能和疾病发生的影响奠定了基础。