近日，北京大学化学与分子工程学院王初课题组在Future Medicinal Chemistry杂志上发表了题为“Site-specificchemoproteomic profiling of targets of glyoxal”的研究文章(Future Med. Chem. 2019, 11, 2979-2987)，报道了一种新颖的乙二醛修饰位点的化学蛋白质组鉴定方法。

     乙二醛是一种在生理条件下存在的双羰基化合物，它的主要生成途径包括葡萄糖自氧化，糖化蛋白降解和脂质过氧化。作为一种糖化试剂，乙二醛能够共价修饰到氨基酸残基上形成糖化终产物({attr}3108{/attr} glycation end products, AGEs)，例如与赖氨酸形成N-羧甲基赖氨酸(N-carboxymethyl lysine, CML)和交联产物(glyoxal-lysine-amide, GOLA)。这些糖化终产物与衰老和糖尿病息息相关，并作为其生物标志物而存在。

     但是到目前为止，仅有单个蛋白的修饰被报道，缺乏组学层面并且位点特异性的鉴定方法。该修饰鉴定的最大困难是缺乏有效的富集方法，例如CML修饰后剩余的羧基和多肽骨架上的羧基基团难以区分。由乙二醛引起的AGEs形成过程首先是乙二醛与赖氨酸形成乙二醛-亚胺的中间体，然后经过脱水和重排形成终产物。考虑到乙二醛-亚胺中间体含有裸露的醛基，因此该问题可以转化为醛基的富集。此前，王初课题组针对醛基修饰的富集开展了系统性的研究工作，先后发表了羟胺探针(Redox Biol. 2017, 12, 712-718)和苯胺探针(J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 4712-4720; Chem.Res. Toxicol. 2019, 32, 467-473)，实现了对4-羟基壬烯醛(HNE)，丙烯醛(ACR)等醛基化修饰位点的直接鉴定，同时对细胞铁死亡中内源性的醛基化修饰事件进行了系统地研究。

     在本文中，作者利用苯胺探针来捕获AGEs形成过程中的乙二醛-亚胺中间体，苯胺探针标记过程中使用的还原剂氰基硼氢化钠可以选择性地还原亚胺键，因此可以形成稳定的产物。首先，作者利用叔丁氧羰基保护的赖氨酸(BOC-Lys)作为小分子模型来验证假设。BOC-Lys与乙二醛反应后，再加入苯胺探针捕获中间体，然后利用UPLC-MS对终产物进行检测。结果表明苯胺探针的确可以有效稳定中间体，形成预期的终产物。

     接下来，作者在乳腺癌细胞MCF-7的细胞裂解液和活细胞中分别进行乙二醛的浓度梯度实验，发现苯胺探针可以成功检测蛋白质组上的乙二醛修饰。进一步地，结合TOP-ABPP方法，作者建立了乙二醛修饰位点鉴定的平台，首次成功地鉴定到了962个被修饰的赖氨酸。经过分析，糖酵解过程中的10个酶都被乙二醛所修饰，其中有5个酶含有超过15个修饰位点，包括GAPDH、ENOA、LDHA、KPYM和PGK1。

     作者首先对其中两个蛋白GAPDH和ENOA上面的乙二醛修饰进行了生化实验的验证，其次研究表明乙二醛修饰会显著抑制糖酵解过程，而进一步的实验结果证实乙二醛可以直接造成糖酵解中的重要蛋白GAPDH活性的丧失。

本文通讯作者为北京大学化学与分子工程学院的王初特聘研究员，第一作者为王初课题组毕业的陈影博士，王初课题组的秦为博士，研究生李泽华，郭志昊，博士后刘源，本科生蓝童等多位同学为本课题的完成提供了帮助。本工作获得基金委面上项目、重大项目和科技部“蛋白质机器与生命过程调控”重点专项等项目的支持。

文章链接：https://www.future-science.com/doi/pdf/10.4155/fmc-2019-0221

文章引用：Chen, Y.; Qin, W.; Li, Z.; Guo, Z.; Liu, Y.; Lan, T.; Wang, C.,Site-specific chemoproteomic profiling of targets of glyoxal. Future medicinalchemistry 2019, 11 (23), 2979-2987.