Nat Chem Bio丨戴伦治/张惠媛/胡洪波合作开发乙酰化检测新技术揭示造血干细胞衰老和谱系决定机制|乙酰化检测|免疫|多肽|张惠媛|戴伦治|胡洪波|造血干细胞

造血干细胞（HSC）位于造血系统层级的最顶端，是维持终生造血与免疫稳态的核心细胞。 HSC 功能衰退被认为是免疫系统老化的关键驱动因素。随年龄增长， HSC 呈现出功能耗竭的特征，包括自我更新能力下降以及谱系分化失衡，具体表现为髓系分化倾向增强而淋系分化能力减弱。这种谱系偏倚直接导致了新生 T 淋巴细胞与 B 淋巴细胞生成减少。而 T/B 细胞作为适应性免疫应答的核心效应细胞，其数量减少和克隆多样性降低不仅导致适应性免疫功能的衰退，增加了老年人群对病原体的易感性，还显著削弱了疫苗接种的免疫应答效果。因此， HSC 的衰老与老年人群的典型免疫缺陷表型密切相关，而阐明 HSC 衰老及其谱系偏倚的分子机制，不仅对理解免疫衰老本质至关重要，更能为开发延缓免疫衰老的针对性干预策略提供理论依据。

蛋白质乙酰化，尤其是组蛋白乙酰化在 HSC 的命运决定中发挥关键的调控作用。表观遗传修饰对于通过动态调控染色质结构和基因表达，深刻影响着 HSC 的自我更新、分化潜能和功能维持，如 H3K56ac 通过调控 Wnt 通路靶基因参与 HSC 稳态维持， H4K16ac 则在 HSC 向红系分化的转录网络激活中发挥关键作用。并且表观遗传修饰漂移正是 HSC 衰老的重要机制与特征之一。然而，受限于 HSC 细胞数目，传统地基于抗体富集的乙酰化组学技术并不能满足 HSC 乙酰化高通量检测需求，导致已知的调控 HSC 功能的组蛋白乙酰化位点数目极其有限（如 H3K 1 4 ac 、 H3K 56ac 、 H4K16ac 等），因此，亟需开发微量蛋白质乙酰化组学技术，适用于对 HSC 这类稀有细胞群体的乙酰化全景解析。

2025 年 5 月 26 日，四川大学华西医院戴伦治、张惠媛和胡洪波研究团队合作在 Nature Chemical Biology 上发表了题为

Acetylation profiling by Iseq-Kac reveals insights into HSC aging and lineage decision

的研究论文。研究开发了一种不依赖于修饰抗体的微量乙酰化修饰组学新策略，命名为Iseq-Kac运用该策略，该团队解析了造血干细胞祖细胞HSPCs衰老过程中蛋白质与乙酰化修饰的动态变化规律并首次揭示H4K77acHSC中通过直接调控淋系关键基因转录决定淋系命运分化

为突破微量修饰组学技术瓶颈，研究团队创新性开发出一项不依赖抗体富集，而是基于内标辅助的微量乙酰化组学技术Iseq-Kac。该技术显著降低样品使用量需求，同时可实现蛋白质与乙酰化修饰的同步相对定量。Iseq-Kac技术利用TMT（Tandem Mass Tag）标记策略，通过加入TMT标记的化学修饰乙酰化内标，显著增强样本中乙酰化肽段一级质谱（MS1）信号并触发二级碎裂。在二级质谱（MS2）中，研究人员利用由多肽序列及TMT平衡基团组成的TMT互补离子簇（TMTc）进行多肽定性，并通过TMT报告离子进行相对定量。为提升定性和定量准确性，研究人员通过优化内标制备、质谱检测参数、内标和样本混合比例、样本TMTc的卡值以降低同位素干扰以及多肽共洗脱效应的影响。

研究团队应用 Iseq-Kac 技术，分别在 1 0 , 000 个年轻和老年小鼠 HSPC s （ HSC 、 MPP 1 、 MPP 2 和 MPP 3 ）中开展高通量乙酰化组学分析。各细胞亚群均鉴定到超过 3,000 种蛋白和超过 1,000 个乙酰化位点，且实验重复性好，充分证明了该技术的高灵敏度与稳定性。部分乙酰化位点进一步通过靶向质谱分析、位点特异性抗体及功能实验等进行了验证。研究人员发现， H4K77ac 在衰老 HSC 中显著下调， CUT & Tag 分析发现 H4K77ac 调控的基因与谱系分化有关。进一步化学生物学实验证实 HDAC3 是 H4K77ac 的去乙酰化酶，抑制或敲低 HSC 中 HDAC 3 可有效促进 HSC 向淋巴细胞分化。此外，通过构建 H4K77Q 突变体（模拟乙酰化）证实，该修饰可增强 HSC 向 T / B 细胞的分化倾斜，并抑制其向 CD11b ⁺ 髓系细胞的分化潜能。体内移植实验同样支持 H4K77ac 在维持淋系分化能力中的核心作用。这一发现为改善衰老 HS C 淋系分化障碍、延缓衰老提供潜在策略。

综上所述，该研究开发了一种微量乙酰化组学新技术，创新性突破了传统乙酰化组学技术对乙酰化抗体和蛋白量的需求瓶颈，为稀有细胞群体的乙酰化组研究提供了全新工具。通过该技术，研究团队系统描绘了 HSPC s 衰老过程中乙酰化修饰的动态图谱，并首次揭示 H4K77ac 在调控 HSC 谱系分化中的关键功能。该成果不仅为深入理解造血干细胞衰老机制提供了重要依据，也为靶向调控淋系细胞分化、延缓免疫系统功能衰退提供了潜在干预靶点。