Angew | 活细胞维C化研究新突破！华中农业大学张帅等团队开发全局维C化修饰蛋白质检测新方法

在此前的文章中我们提到维生素C可直接修饰蛋白质从而调节蛋白质生物功能，进而发挥抗肿瘤和免疫调节功能（从两座诺贝尔奖到CNS追捧，继乳酸化之后，为什么维C化是蛋白质修饰的下一个蓝海）。然而，维生素C来源修饰的蛋白质（以下简称：维C化修饰蛋白质组）的生物学功能、亚细胞组织和调控原理基本仍未被探索，其很大原因是缺乏一种可系统性标记、富集和成像样本内发生维C化修饰的蛋白质研究工具。

10月12日，华中农业大学张帅教授、浙江大学朱成梁研究员和上海交通大学医学院附属瑞金医院何吓俤研究员等团队联合在化学领域顶刊《Angew》（IF17.6）杂志在线发表题为“Bioorthogonal Vitamin C Probes Enable Cellular Profiling and Investigation of Lysine Vitcylation”的研究论文。研究团队开发了用于维C化的生物正交探针平台，并结合定量化学蛋白质组学、荧光成像与全基因组CRISPR-Cas9筛选，不仅绘制活细胞中的维C化候选靶标图谱，揭示探针标记的核仁富集及快速动态变化，还鉴定出维C化修饰的上游调控因子—谷胱甘肽 S-转移酶P1（GSTP1）。该平台为维C化从个别蛋白质的修饰鉴定走向细胞尺度的系统研究提供了关键工具，也为探索维生素C通过共价修饰参与细胞功能与疾病调节奠定了研究基础。

 

中文标题：生物正交维生素C探针实现赖氨酸vitcylation【VC酰化】的细胞图谱解析与研究

 

研究结论

 

1. vitcylation化学报告基团开发

为系统性检测细胞中全蛋白层面的维生素C修饰水平，研究者在维生素C的C3羟基位置引入炔丙基（-C≡CH），形成VC-1探针（图1a）。VC-1保留了含内酯的抗坏血酸骨架，能够通过Cu（I）催化的叠氮-炔环加成（CuAAC）与荧光团或生物素偶联，从而实现通过胶内荧光扫描或质谱技术检测维C化修饰蛋白质（图1a）。

为验证VC-1能否在体外重现天然维生素C形成的赖氨酸维C化修饰，分别以合成肽、模型肽为底物，通过串联质谱鉴定到VC-1来源的赖氨酸加合物，支持其保留天然维生素C的赖氨酸反应能力。

细胞裂解液中，VC-1同样表现出浓度依赖性的蛋白标记，且过量天然维生素C可降低标记信号。整体结果表明，VC-1可作为维C化修饰蛋白富集和化学蛋白质组学分析的化学探针。

图1 维C化探针—VC-1

 

2. 开发VC-2探针以实现活细胞中vitcylation的图谱解析

VC-1在细胞裂解液中可实现探针标记，而难以对胞内蛋白质进行标记。为实现活细胞内的维C化（vitcylation）图谱解析，研究团队通过O-乙酰化掩蔽VC-1的剩余羟基，构建前体探针VC-2，以改善细胞递送。相比于VC-1，VC-2在多种哺乳动物细胞中实现了有效、浓度依赖性的蛋白标记，天然维生素C竞争实验也显示，部分标记信号可被竞争性降低，支持其用于活细胞维C化研究。

图2 VC-2探针可用于活细胞的维C化修饰蛋白质检测

随后在活细胞中进行蛋白质组学分析，并使用过量维生素C作为特异性过滤器，最终获得1615个维C化修饰蛋白质，这些蛋白质显著富集于核糖核蛋白复合物、非编码RNA加工和RNA剪接过程，提示维C化修饰蛋白质与RNA代谢之间存在潜在联系。

图3用VC-2探针进行活细胞的维C化修饰蛋白质图谱绘制

为进一步验证蛋白质组结果，研究团队使用胶内荧光、免疫沉淀结合LC-MS/MS分析，在FTO、ALDH1B1、ALDH9A1、GSTO1、IMPDH1等代表性蛋白上鉴定到探针来源的赖氨酸加合物，为候选靶标提供了直接的位点证据。

 

3. 候选维C化修饰蛋白质在核仁区富集，与RNA加工通路相关

为确定维生素C来源蛋白质修饰的亚细胞组织，对VC-2代谢标记的细胞进行高分辨率荧光成像，发现维生素C来源蛋白质修饰呈现显著的区室化，主要富集在细胞核内的核仁区域，部分分布在细胞质中。功能上，VC探针富集到的维生素C化修饰蛋白主要富集在RNA剪接和核糖核蛋白复合物生物发生。RNA测序结果表明，在所测试条件下，维生素C处理对整体转录本丰度的影响相对有限，却伴随广泛的可变剪接变化，相关转录本的功能富集也涉及RNA代谢与染色质调控。转录组变化与蛋白质组数据集的相似性支持了维C化修饰可能参与核仁RNA加工网络调控的假说。

图4 VC-2 标记信号富集于核仁结构

 

4. VC-2来源的蛋白质标记随时间变化并受GSTP1调控

除细胞空间分布外，研究团队还发现：活细胞中的VC-2标记信号强度呈现时间依赖性。表现为：在标记初期的1-2小时达到峰值，在4小时急剧下降，到24小时恢复至接近基线水平。细胞裂解液实验，无论是VC-1还是VC-2均未呈现此现象，提示维C化修饰的时间依赖性是活细胞环境所特有的，细胞内的维C化修饰存在主动调控机制。

为系统寻找调控因子，团队将探针荧光标记与流式分选相结合，开展全基因组CRISPR-Cas9筛选，鉴定到GSTP1等影响标记水平的因子。GSTP1缺失提高整体探针标记水平，过表达则降低标记水平。脉冲实验结果进一步阐明GSTP1参与的调控，即GSTP1主要影响维生素C来源修饰的形成或积累（即修饰状态的初始丰度），而非直接控制其后续衰减。结合GSTP1在亲电物质解毒和氧化还原调节中的已知功能，研究提出，它可能通过影响维生素C衍生的反应性物种的可用性、反应性或存续时间，在维C化形成的上游发挥作用。这一模型将维C化与细胞亲电物质处理及氧化还原稳态联系起来，其具体分子机制仍需进一步研究。

 

总结

该研究开发并验证了一个可用于系统性在活细胞中标记、可视化和分析维生素C来源的蛋白质修饰的生物平台，为后续研究者继续探索维C化修饰在细胞组织和调控机制提供了工具基础。同时，也拓展了维生素C的生物版图，为揭示营养性维生素C可能通过直接修饰蛋白质以发挥调控功能相关研究奠定基础。

基于多年的修饰蛋白质组学技术积累，中科新生命即将推出“维生素C化（维C化）修饰组学”整体解决方案。一键完成维C化修饰蛋白质标记、高分辨质谱鉴定、修饰蛋白质定量与生物信息挖掘，助您开启维C化修饰的全新旅程。产品即将上线，敬请关注10月27日中午11:30-13:00的维C化产品发布会，我们邀请了维C化修饰发现者—上海交通大学何吓俤研究员为我们介绍维C化的发现之旅。

 

报名方式

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1. 线上参与

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2. 线下参与

活动同步在全国各高校院所开展午餐会，免费提供午餐。可联系当地销售，为所在课题组/单位预约专场。

 

参考文献

[1] Wang W, Ding B, Yang S, et al. Bioorthogonal Vitamin C Probes Enable Cellular Profiling and Investigation of Lysine Vitcylation. Angew Chem Int Ed Engl. 2026 Oct 12:e2501228.

 

关于中科新生命

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