综述：不同的链结构带来不同的功能：酰基链的多样性如何影响S-酰化蛋白质的功能

《Progress in Organic Coatings》：Different chains for different gains: How acyl chain diversity shapes S-acylated protein function

S-酰化是一种广泛存在的翻译后修饰，通过脂肪酸链的共价结合调控蛋白质定位、稳定性和功能，其异质性由酶特异性、酰CoA分布及底物蛋白结构共同决定，并通过质谱技术等手段研究。技术应用包括点击化学和质谱分析，发现脂肪酸链差异影响膜微域定位及疾病进展。

　　S-acylation是一种重要的翻译后修饰（PTM），涉及脂肪酰链与多种可溶性和膜蛋白的共价结合。近年来，随着对酰化酶的发现、细胞S-acylome的图谱化以及新的化学生物学方法的发展，我们对这一过程的理解取得了显著进展。然而，尽管已有大量研究，S-acylation的异质性——即不同蛋白上的脂肪酰链种类和分布的多样性——仍然是一个相对较新的研究领域。这种异质性不仅影响蛋白质的定位和功能，还可能与疾病的发生和进展密切相关。因此，理解S-acylation的异质性对于全面认识脂质介导的蛋白质调控至关重要。

在生物学中，蛋白质的多样性不仅源于基因编码，还受到多种翻译后修饰的影响。这些修饰包括磷酸化、泛素化、糖基化、乙酰化、甲基化和脂质化等。S-acylation属于脂质化的一种形式，通常与细胞膜的结构和功能密切相关。在人体中，S-acylation可以影响多达20%的蛋白质，包括细胞质蛋白和跨膜蛋白。这种修饰不仅增强了蛋白质的疏水性，使其能够与膜结合，还可能与其他膜靶向信号（如异戊烯化或N-棕榈酰化）协同作用。对于跨膜蛋白，S-acylation可以介导细胞质环或N/C末端区域与膜的结合。这种膜结合的变化对于蛋白质的定位、信号传导和细胞功能调控具有重要意义。

值得注意的是，S-acylation是可逆的，其动态特性使其成为蛋白质功能调控的重要工具。不同蛋白质的S-acylation半衰期差异很大，从几秒到数小时甚至数天不等。这种动态变化使得S-acylation在某些情况下可以作为蛋白质定位和功能的调节因子。例如，PSD95的S-acylation半衰期约为2小时，而Ras家族中的H-Ras和N-Ras的半衰期分别为2.4小时和不到20分钟。这种动态性在Ras蛋白中尤为重要，因为S-acylation可以调控其在质膜和高尔基体之间的穿梭。同样，SNAP25的S-acylation调控其在质膜和回收内体之间的精确定位。然而，其他蛋白质如synaptotagmin-2的S-acylation则具有更缓慢的周转率，可能作为结构性信号，确保蛋白质的正确靶向。在TEAD转录因子中，S-acylation的异质性则影响其整体稳定性。

尽管S-acylation的异质性在多个蛋白质中得到证实，但目前对这种异质性的生成机制仍不完全清楚。研究发现，不同脂肪酰链的结合可能与酶的特异性、脂肪酰辅酶A（Acyl CoA）的分布和可用性以及被修饰蛋白的特定特征有关。例如，某些蛋白可能倾向于结合特定长度或饱和度的脂肪酰链，而这种选择性可能受到酶活性和细胞内脂质环境的影响。此外，蛋白质的结构和定位也可能在脂肪酰链的结合过程中起关键作用。

为了深入研究S-acylation的异质性，科学家们开发了多种技术。其中，Acyl-biotin exchange（ABE）是一种早期方法，通过阻断游离半胱氨酸、用羟胺去除脂肪酰链，并用生物素标记新暴露的半胱氨酸，从而实现对S-acylated蛋白的捕获和富集。虽然ABE能够提供细胞S-acylated蛋白的快照，但它无法提供脂肪酰链的具体信息。相比之下，点击化学方法通过使用含有叠氮基或炔基的脂肪酸作为探针，可以更有效地研究脂肪酰链的异质性。这些探针被细胞吸收后，可以通过点击化学反应与荧光标记或生物素结合，从而用于检测和富集。这种方法允许研究人员追踪脂肪酰链的动态变化，但需要注意的是，细胞内脂肪酸的修饰和处理可能导致探针与目标脂肪酰链的差异。

此外，质谱（MS）技术在S-acylation的研究中发挥了关键作用。通过分析去垢剂不溶性蛋白或脂质化肽段，研究人员能够识别和量化脂肪酰链的类型及其在不同蛋白质中的分布。例如，通过使用NH?OH处理和MS分析，可以检测到S-acylated蛋白上的脂肪酰链。这种方法能够揭示S-acylated蛋白的多样性，包括饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸（MUFA）和多不饱和脂肪酸（PUFA）的结合。值得注意的是，不同细胞类型或组织中S-acylated蛋白的脂肪酰链组成存在显著差异。例如，脑组织中的S-acylated蛋白主要包含MUFA，而心脏和肌肉组织则富含PUFA。这种异质性可能反映了不同组织对脂质环境的适应性。

S-acylation的异质性不仅影响蛋白质的定位，还可能对其功能产生深远影响。例如，研究发现，N-Ras蛋白在不同脂肪酰链修饰下的定位和功能存在差异。Palmitoylated N-Ras倾向于聚集在膜的无序和有序区域的交界处，而Palmitoleoylated N-Ras则在无序区域形成稳定的簇。此外，脂肪酰链的类型还可能影响蛋白质与膜微域或不同曲率膜的相互作用。例如，某些脂肪酰链可能更倾向于与具有特定曲率的膜结合，从而影响蛋白质的内吞作用或与其他蛋白的相互作用。这些发现表明，S-acylation的异质性可能对细胞信号传导、蛋白质稳定性以及细胞膜动态变化产生重要影响。

进一步的研究表明，S-acylation的异质性可能与疾病的发生和进展有关。许多疾病相关蛋白，如Huntingtin蛋白和LRP6蛋白，其S-acylation水平的改变可能导致蛋白聚集、降解或功能异常。例如，Huntingtin蛋白的S-acylation减少会导致其聚集和神经毒性，而LRP6蛋白的S-acylation有助于其逃避内质网相关降解（ERAD）。因此，S-acylation的异质性可能在多种疾病中扮演重要角色，包括代谢疾病、炎症性疾病、神经退行性疾病和癌症。此外，饮食中的脂肪酸种类和含量也可能影响S-acylation的模式。例如，饮食中饱和脂肪酸的增加可能促进某些蛋白的S-acylation，从而影响其功能。

尽管已有大量研究揭示了S-acylation的异质性及其功能影响，但该领域的研究仍面临诸多挑战。首先，如何准确识别和量化不同脂肪酰链在蛋白质上的结合仍需进一步的技术优化。其次，脂肪酰链的异质性如何影响蛋白质的结构和功能仍需深入探讨。此外，不同脂肪酰链的结合是否具有特定的生物学意义，以及这些差异如何与细胞代谢状态相关联，都是值得进一步研究的问题。随着技术的发展，特别是质谱和点击化学方法的不断完善，我们有望更全面地理解S-acylation的异质性及其在细胞调控中的作用。