2026年2月《Cell》报道的STAT1丙酮酰化修饰，将"丙酮酸"从纯粹的代谢中间体推向了"翻译后修饰供体"的新角色。本文系统梳理这一新型修饰的化学本质、生物学功能、检测策略与研究工具，为有意布局该方向的课题组提供参考。

一、什么是蛋白丙酮酰化？

蛋白丙酮酰化指丙酮酸（Pyruvate）作为小分子供体，与底物蛋白赖氨酸侧链ε-氨基发生共价结合，形成的新型翻译后修饰（PTM）。

从化学角度看，这属于赖氨酸酰基化修饰家族的新成员，与已知的乙酰化、琥珀酰化、巴豆酰化、丙二酰化等并列。但其特殊之处在于：

• 供体独特：丙酮酸是糖酵解的终产物，丰度高、代谢动态变化大，使该修饰天然具备"代谢感应器"特征

• 位点保守：STAT1 K201是首个被鉴定的关键位点，该位点位于STAT1与STAT2结合界面

• 可逆性：与其他酰基化类似，丙酮酰化可能存在去修饰酶（eraser），相关筛选正在进行

二、丙酮酰化在翻译后修饰图谱中的位置

值得注意的是，丙酮酸修饰单糖残基的现象在细菌、藻类、酵母中早有报道，但作为哺乳动物蛋白质翻译后修饰则是2026年才被正式确立——这一跨越意味着该修饰在进化上高度保守，功能值得系统挖掘。

三、核心生物学功能：代谢-免疫交叉新范式

以STAT1为例，丙酮酰化的功能链条清晰而深刻：

高血糖 → 糖酵解增强 → 丙酮酸积累
        → STAT1 K201丙酮酰化
        → 阻断STAT1-STAT2结合
        → IFN-I信号传导受阻
        → ISGs表达下调
        → 抗病毒免疫力下降

这一链条完美解释了三大临床现象：

1. 糖尿病患者病毒感染重症率高：高糖→丙酮酸↑→STAT1丙酮酰化↑→抗病毒力↓

2. 高血糖乙肝患者干扰素治疗不敏感：IFN-I信号通路被丙酮酰化"掐断"

3. 代谢状态与免疫力的因果关联：代谢物直接修饰信号蛋白，而非间接影响

STAT1-K201R敲入小鼠的表型提供了强有力的因果证据：该小鼠各脏器ISGs表达更高，VSV病毒感染后病毒载量更低、生存率显著改善。

四、更广泛的存在：不止于STAT1

郑慧团队发现，细胞内很多蛋白质都能发生丙酮酰化修饰，表明这是一种广泛存在的翻译后修饰。这意味着：

• 免疫信号之外的通路（如增殖、凋亡、自噬）可能受丙酮酰化调控

• 肿瘤、自身免疫病、神经退行性疾病中可能存在异常丙酮酰化图谱

• 丙酮酰化"写入酶（writer）"与"擦除酶（eraser）"的鉴定将是下一阶段焦点

• 针对STAT1丙酮酰化的特异性小分子抑制剂，可能成为增强高血糖人群免疫力的新药方向

五、如何研究丙酮酰化？关键工具与方法

1. 化学探针：生物素标记丙酮酸

这是目前最直接、最有效的修饰捕获工具。其工作流为：

生物素-丙酮酸 → 活细胞孵育 → 参与内源丙酮酰化
              → 裂解 → 链霉亲和素磁珠富集
              → LC-MS/MS → 修饰位点鉴定

生物素标签的优势在于：亲和力极高（Kd≈10⁻¹⁵ M）、富集效率高、背景低、可与多种读出方式兼容。

2. 抗体策略

针对特定修饰位点（如STAT1-K201-Pyr）的特异性抗体，可用于Western Blot、免疫荧光、IHC等场景，适合验证性研究与临床样本筛查。

3. 质谱蛋白质组学

高分辨率质谱结合富集策略，可系统绘制细胞或组织的"丙酮酰化修饰图谱"，发现新的修饰底物。这是该领域走向成熟的关键技术支撑。

4. 功能验证体系

• 位点突变：K→R突变阻断修饰，验证功能

• 敲入小鼠：如STAT1-K201R KI小鼠，提供体内证据

• 代谢干预：调节糖酵解通量，观察修饰与表型联动

六、对科研采购的启示

随着丙酮酰化研究的兴起，相关试剂需求将快速增长：

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延伸阅读

• Zuo Y, et al. Cell, 2026, 189(7): 1975-1989.（STAT1丙酮酰化原始论文）

• Nat. Immunol. 2026 评论（Pyruvate-mediated PTM）

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