郑州大学研究生，郑州大学研究生院
近日，郑州大学第一附属医院杨静华教授团队与空军军医大学朱平教授团队、上海大学陈亮教授团队合作在国际顶尖学术期刊Science上发表了题为“Cysteine carboxyethylation generates neoantigens to induce HLA-restricted autoimmunity”的长篇研究论文。该研究报道了一种泛蛋白修饰组学技术并发现了新型蛋白修饰和诱导限制性自身免疫。杨静华教授为共同通讯作者，郑州大学第一附属医院为通讯单位。
一般情况下，基因可编码并翻译成蛋白质。但现有蛋白质测定技术却发现了很多与基因编码不同的氨基酸，研究者把这些现代技术检测不到的“非编码氨基酸”（ncAAs）称为人类蛋白质中的黑色物质。
非编码氨基酸包括天然蛋白质中各种形式的氨基酸修饰、变异和衍生物，可反映基因编码以外的蛋白质序列和结构的改变信息，并直接影响着蛋白结构、功能和调控。每一个非编码的氨基酸都可能是蛋白质维度上的疾病标记物和药物靶点，与人类疾病发生发展的分子机制密切相关。
杨静华教授团队经过多年研究，基于超高分辨蛋白质谱和国家超算平台，建立了一套泛蛋白修饰组学的搜索引擎，用于测定大队列人群蛋白质组中的ncAAs图谱。ncAA图谱包括基因编码以外的蛋白质结构信息，是人类疾病发生、发展及转归的分子基础。
图1：强直性脊柱炎PBMC的泛蛋白翻译修饰图谱（Top 40）
本研究采用泛蛋白修饰组学搜索引擎，测定了强直脊柱炎患者外周单核细胞的泛蛋白修饰图谱，发现了一系列与疾病相关的非编码氨基酸(如图1所示)。
通过质谱和修饰特异抗抗体的验证，研究发现具有72.021 Da质量偏移的非编码氨基酸主要发生患者整合素蛋白的第96位半胱氨酸上（ITGA2B@96Cys+72.021），与相同分子量的赖氨酸乳酸化修饰（Lys+72.021）不同, Cys+72.021为半胱氨酸的羧乙基化修饰。体内外实验表明，半胱氨酸羧乙基化修饰需要肠道微生物释放的代谢物3-羟基丙酸（3-hydroxypropionate，3-HPA）作为反应底物，在胱硫醚β合成酶（cystathionine-β-synthase，CBS）催化下，通过与半胱氨酸羧侧链巯基的脱水反应生成羧乙基硫醚(如图2所示)。
图2：半胱氨酸羧基乙基化修饰需要3-HPA作为代谢底物
本研究还验证了ITGA2B@96Cys+72.021如何修饰作为强直脊柱炎相关的自身抗原，并研究了半胱氨酸羧乙基化抗原诱导的MHCII依赖型CD4+ T细胞反应。结果表明半胱氨酸羧基乙基化修饰肽可作为新生抗原，并可以被MHC II复合物HLA-DRA*01/HLA-DRB1*04提呈至细胞膜表面。
图3：半胱氨酸羧乙基化修饰产生新抗原诱导HLA限制性自身免疫
临床数据显示，HLA-DRB1*04基因型患者确实产生了羧基乙基化特异性自身抗体和T细胞应答。该反应与患者体内3-HPA水平存在相关性。动物实验表明，3-HPA给药联合羧基乙基化抗原肽免疫HLA-DR4转基因小鼠，可诱导小鼠出现肠炎及脊柱病变(如图3所示)。
杨静华教授简介
杨静华，郑州大学第一附属医院特聘教授、临床系统生物学中心主任，俄罗斯自然科学院院外院士、国家杰青，曾担任波士顿大学VA医学中心肿瘤外科研究室主任、耶鲁大学肿瘤外科研究室主任、哈佛大学博士后研究员等；先后师从于著名分子生物学家Tom Maniatis和诺贝尔奖得主Richard Axel；是最早发现双链RNA编辑酶和RNA编辑的研究者之一；在RNA催化、双链RNA信号转导、RNA编辑及其生物功能、广谱抗病毒理论、蛋白组非编码氨基酸，以及人类重大疾病非编码氨基酸等方面做了大量的开创性工作；以第一和通讯作者在Nature、Science等顶级杂志上发表过一系列重要论文，获得过20多项发明专利；获得了国家军队科技进步奖一等奖、美国国立卫生院的青年职业发展基金、美国国立卫生院独立PI研究基金等，并获过了中国发明家创业人物奖、科学中国人2016年度人物（基础医学）、泰山学者等荣誉。
来源：郑州大学。
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