Sci Adv | 黄河团队开发赖氨酸乙酰乙酰化修饰全景鉴定与功能解析分子工具|底物|营养补充剂|蛋白质|赖氨酸乙酰乙酰化

在细胞代谢的精密调控网络中，酮体通常被视为能量匮乏状态下的“ 替代燃料 ” 。然而， 2023 年 Sangkyu Lee 、 Yingming Zhao 与黄河团队的联合研究揭示，酮体中的乙酰乙酸不仅是代谢中间产物，更可作为酰基供体驱动一种新型蛋白质翻译后修饰 ——赖氨酸乙酰乙酰化（Kacac）的发生。初步研究表明，该修饰广泛分布于哺乳动物组蛋白及非组蛋白上，可能在表观遗传调控与细胞代谢适应性响应中发挥重要作用。然而，受限于高特异性检测工具与针对性功能研究手段的匮乏， Kacac 修饰的底物全景图谱及其在生理与病理过程中的确切功能机制仍有待阐明。

2026 年 2 月 21 日，中国科学院上海药物研究所 / 国科大杭州高等研究院黄河团队在 Science Advances 杂志在线发表题为

Covalent Capture and Genetic Code Expansion Enables Chemoproteomic Profiling and Functional Characterization of Lysine Acetoacetylation

的研究论文。该研究构建了融合化学探针标记富集与遗传密码扩展技术的整合平台，实现了对Kacac修饰的系统性鉴定与功能解析。

在本研究中，团队利用 Kacac 修饰特有的酮羰基反应活性，设计合成了新型化学探针 Aca-Bio 。该探针通过与 Kacac 侧链形成 pH 响应性可逆肟键，实现了对 Kacac 修饰肽段的高选择性标记、富集与可控释放。利用该策略对禁食小鼠肝脏进行化学蛋白质组学分析，共鉴定出分布于 125 个蛋白质上的 260 个 Kacac 修饰位点，大幅拓展了已知 Kacac 底物谱，并揭示了该修饰在三羧酸循环、酮体生成等核心代谢通路中的显著富集。

为深入探究特定位点 Kacac 修饰的功能意义，团队进一步建立了遗传密码扩展系统，首次在哺乳动物细胞中实现了 Kacac 的位点特异性精准整合。利用该系统，团队针对酮体代谢关键酶 —— 羟甲戊二酰辅酶 A 合成酶 2 （ HMGCS2 ）开展了定点功能研究，发现其第 310 位赖氨酸的高丰度 Kacac 修饰通过空间位阻效应削弱底物结合，导致酶活性显著下降。这一发现提示 Kacac 可能作为代谢通路中的 " 分子刹车 " 参与负反馈调节。

综上，该工作构建了从全局性修饰发现到位点特异性功能阐释的分子工具，为深入探索代谢物驱动的蛋白质翻译后修饰在生理病理过程中的作用提供了方法支撑。

国科大杭州高等研究院助理研究员宋晓翰为本文第一作者，中国科学院上海药物研究所 / 国科大杭州高等研究院黄河研究员为本文通讯作者。