2026年2月21日，中國科學院上海藥物研究所黃河課題組在Science Advances在線發表題為“Covalent Capture and Genetic Code Expansion Enables Chemoproteomic Profiling and Functional Characterization of Lysine Acetoacetylation”的研究論文。該研究構建了融合化學探針標記富集與遺傳密碼擴展技術的整合平臺，實現了對賴氨酸乙酰乙�；�（Kacac）修飾的系統性鑒定與精確位點功能解析。

Kacac是黃河課題組于2023年合作發現的一種由酮體代謝物乙酰乙酸驅動的新型蛋白質翻譯后修飾（Adv Sci. 2023, 10: e2300032），廣泛存在于哺乳動物組蛋白及非組蛋白中。然而，由于缺乏高特異性、高靈敏度的檢測與功能研究工具，Kacac的底物全景圖譜與生物學功能始終未能得到系統揭示。

在本研究中，研究團隊利用Kacac修飾特有的酮羰基反應活性，設計合成了新型化學探針Aca-Bio。該探針通過與Kacac側鏈形成pH響應性可逆肟鍵，實現了對Kacac修飾肽段的高選擇性標記、富集與可控釋放。利用該策略對禁食小鼠肝臟進行化學蛋白質組學分析，共鑒定出分布于125個蛋白質上的260個Kacac修飾位點，大幅拓展了已知Kacac底物譜，并揭示了該修飾在三羧酸循環、酮體生成等核心代謝通路中的顯著富集。

為深入探究特定位點Kacac修飾的功能意義，團隊進一步建立了遺傳密碼擴展系統，首次在哺乳動物細胞中實現了Kacac的位點特異性精準整合。利用該系統，研究團隊針對酮體代謝關鍵酶——羥甲戊二酰輔酶A合成酶2（HMGCS2）開展了定點功能研究，發現其第310位賴氨酸的高豐度Kacac修飾通過空間位阻效應削弱底物結合，導致酶活性顯著下降，提示Kacac可能作為代謝通路中的"分子剎車"參與負反饋調節。該工作開發了從全局性修飾發現到位點特異性功能闡釋的分子工具，為深入探索代謝物驅動的蛋白質翻譯后修飾在生理病理過程中的作用提供了新方法。

國科大杭州高等研究院藥學院助理研究員宋曉翰為本文第一作者，上海藥物所黃河課題組研究生蘆宇涵、郭欣龍參與本研究，上海藥物所黃河研究員為本文通訊作者。該研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項、國科大杭州高等研究院專項資金及國家自然科學基金等項目的資助。

全文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeb5106

圖1. Kacac修飾富集檢測與功能研究策略

（供稿部門：黃河課題組）