基于加合物组学的系统性红斑狼疮关键蛋白翻译后修饰——赖氨酸单甲基化的鉴定与功能研究

研究人员针对自身免疫疾病中蛋白质翻译后修饰(PTMs)的系统性研究空白，通过质谱加合物组学技术，发现系统性红斑狼疮(SLE)小鼠脾细胞中组蛋白H3K4单甲基化(H3K4me1)显著下调。该修饰通过调控PAX5转录因子影响B细胞分化，抑制H3K4去甲基化酶LSD1可减少抗体分泌细胞形成，为表观遗传治疗SLE提供新靶点。

　　

在自身免疫疾病研究领域，蛋白质翻译后修饰(PTMs)如同细胞活动的"分子开关"，通过化学修饰动态调控蛋白质功能。然而，这些修饰如何参与自身抗原产生及疾病发生发展，始终缺乏系统性研究。系统性红斑狼疮(SLE)作为典型的自身免疫疾病，其特征是B细胞异常活化产生大量自身抗体，但驱动这一病理过程的分子机制尚未完全阐明。传统研究多聚焦于DNA甲基化或组蛋白乙酰化，而对其他修饰类型如甲基化的研究相对滞后。

为破解这一科学难题，东京大学Kosuke Yamaguchi和Koji Uchida团队在《Journal of Biological Chemistry》发表创新研究。他们采用质谱加合物组学这一"分子雷达"技术，结合免疫印迹、流式细胞术等实验方法，以SLE模型小鼠(MRL-lpr)和对照小鼠(MRL-Mpj)为研究对象，系统分析了脾脏等组织中赖氨酸和组氨酸修饰谱。

关键技术包括：1) 基于LC-ESI-MS/MS的加合物组学全面检测组织裂解液中修饰氨基酸；2) 同位素稀释法定量N^ε-单甲基赖氨酸(mmeK)；3) 磁珠分选技术分离B细胞、CD4⁺和CD8⁺T细胞亚群；4) 染色质免疫共沉淀(ChIP)验证H3K4me1与PAX5增强子的相互作用；5) LSD1抑制剂SP2509处理观察B细胞分化抑制效应。

比较分析野生型与SLE小鼠组织裂解液的PTMs

通过酸水解结合质谱检测，发现SLE小鼠脾脏中赖氨酸+14质量偏移(对应单甲基化修饰)显著降低。同位素标记LC-ESI-MS/MS确证mmeK含量减少，免疫印迹显示两条蛋白条带(条带A/B)在SLE小鼠中表达下调。

鉴定mmeK修饰蛋白

分子排阻色谱联合质谱鉴定条带B为血红蛋白，其赖氨酸单甲基化在SLE小鼠红细胞中也显著降低。条带A经离心分离发现存在于不溶组分，质谱鉴定含组蛋白H2B和H3。

组蛋白H3赖氨酸单甲基化位点鉴定

免疫磁珠分选显示B细胞中H3单甲基化特异性下调，进一步确认H3K4me1水平降低，而二/三甲基化无变化。qPCR检测发现H3K4去甲基化酶LSD1和Riox1转录本在SLE小鼠中上调。

H3K4甲基化/去甲基化酶的作用机制

LSD1抑制剂SP2509处理可剂量依赖性减少SLE小鼠脾细胞中浆细胞比例，并抑制R848/IL-4诱导的B细胞向浆母细胞分化，证实LSD1通过调控H3K4me1影响B细胞命运。

H3K4me1-PAX5调控B细胞成熟的分子基础

ChIP-qPCR揭示H3K4me1与PAX5增强区结合在SLE小鼠B细胞中消失，伴随PAX5 mRNA表达下调。PAX抑制剂EG1可逆转SP2509对B细胞分化的抑制作用，证实PAX5位于H3K4me1下游调控通路。

这项研究首次通过加合物组学全景扫描发现H3K4me1是SLE的关键表观遗传标记，阐明了"LSD1-H3K4me1-PAX5"轴调控B细胞过度活化的分子机制。不仅为理解SLE发病提供了新视角，更开创性地提出：靶向组蛋白赖氨酸甲基化修饰可能成为治疗自身免疫疾病的新策略。相比传统免疫抑制剂，这种表观遗传干预手段具有更高特异性，为开发新一代SLE治疗药物奠定了理论基础。该研究建立的系统性PTMs分析框架，也为其他自身免疫疾病的机制研究提供了可借鉴的方法学范式。