琥珀酰化修饰组学揭示SIRT5调控脂肪源性间充质干细胞增殖的机制

来源：精准医学与蛋白组学

题目：SIRT5 deficiency enhances the proliferative and therapeutic capacities of adipose-derived mesenchymal stem cells via metabolic switching（SIRT5缺乏下的代谢转换，增强了脂肪来源的间充质干细胞的增殖和治疗能力）

主要结论：揭示了SIRT5的缺失会影响蛋白质琥珀酰化修饰水平，进而调控脂肪来源的间充质干细胞（ADMSCs）增殖和治疗效果机制。

间充质干细胞（Mesenchymal stem cells, MSC）是典型的成人干细胞，不仅易于分离得到，还具有亚全能分化的潜力，可分化为神经细胞、成骨细胞、软骨细胞、肌肉细胞、脂肪细胞等多种细胞。作为多种缺血性疾病的治疗潜能细胞，MSCs可以为临床治疗提供更重要的价值。然而，在临床应用前，MSCs的体外扩增会重新编程MSCs的能量代谢，从而导致其体内平衡破裂、自我更新能力衰竭，最终损害其治疗效果。综上，维持MSCs体外扩增过程中的增殖能力，使其能够提供足够的治疗潜能，对于临床治疗至关重要。

近日，复旦大学附属中山医院葛均波院士团队在Clinical & Translational Medicine（IF=7.919）杂志上发表了最新研究成果。该研究揭示了SIRT5的缺失会影响蛋白质琥珀酰化修饰水平，进而调控脂肪来源的间充质干细胞（ADMSCs）增殖和治疗效果机制。其中，多种酰化修饰抗体WB预实验筛选及琥珀酰化修饰组学由景杰生物提供技术支持。1.  SIRT5可调控ADMSCs的增殖能力

Sirtuin（SIRT）家族成员作为组蛋白去乙酰化酶，是翻译后修饰的主要调节因子，可靶向多个代谢途径的蛋白质，可能在脂肪源性间充质干细胞（ADMSCs）发挥重要作用。研究者通过野生型小鼠体外扩增ADMCs的实验，发现SIRT2和SIRT5蛋白水平随着培养代数发生明显上调（图1）。此外，敲除型小鼠（SIRT5−/−）ADMSCs表现出较高的增殖率、延缓衰老以及ROS的积累减少等现象，表明SIRT5对于ADMSCs的增殖能力具有重要的作用。

图1  SIRT5在ADMSCs的表达水平

2.  琥珀酰化修饰组数据的功能分析

为了探究SIRT5如何通过调控蛋白质翻译后修饰，进而发挥维持ADMSCs的增殖能力，研究者分别用赖氨酸乙酰泛抗体化、琥珀酰化泛抗体、丙二酰化泛抗体、戊二酰化泛抗体这四种泛抗体进行western-blot，筛选（SIRT5−/−）ADMSCs样品的乙酰化、琥珀酰化、丙二酰化、戊二酰化等总体修饰水平差异，发现（SIRT5−/−）ADMSCs的琥珀酰化水平明显整体上调，说明琥珀酰化修饰可能在SIRT5调控ADMSCs的增值能力发挥重要作用。

接下来，研究人员收集了野生型（WT）和SIRT5-敲除（SIRT5−/−）小鼠中分离的ADMSCs细胞样本（样本策略），运用琥珀酰化组学定量技术（质谱策略）进行了分析。该研究蛋白质组学共筛选出115个蛋白质的233个差异琥珀酰化位点，其中106个蛋白质的216个位点在修饰水平上发生了上调。利用生物信息学对这些蛋白质进行功能分析，发现SIRT5缺乏导致了细胞代谢途径及能量代谢途径被显著富集。此外，KEGG富集分析表明，在（SIRT5−/−）ADMSCs中，超过一半的TCA循环酶发生了琥珀酰化修饰（图2）。以上结果表明，SIRT5可通过调控蛋白质琥珀酰化水平，从而发挥对MSCs的代谢调节作用。

图2  蛋白质组和磷酸化组学数据的功能分析及激酶预测

3.  SIRT5调控蛋白质琥珀酰化调节细胞增殖

最后，研究者发现在敲除型小鼠（SIRT5−/−）ADMSCs中，SIRT5可通过调控蛋白质琥珀酰化，进而调控三羧酸循环相关酶活性降低和减弱线粒体呼吸。通过甘氨酸抑制琥珀酰化或SIRT5的重新表达，可逆转了敲除型小鼠（SIRT5−/−）ADMSCs的代谢改变，从而消除了它们增强的细胞增殖能力。在后肢缺血小鼠模型中，敲除型小鼠（SIRT5−/−）ADMSCs移植与野生型小鼠ADMSCs相比，增强了血流恢复和血管生成。

综上所述，研究者利用琥珀酰化修饰组学，发现SIRT5调控的蛋白质琥珀酰化水平升高，会导致三羧酸循环相关酶活性降低和减弱线粒体呼吸。而SIRT5缺乏会在ADMSC培养扩增过程逆转代谢模式并增强其增殖能力。此研究证明了SIRT5是增强MSCs功能特性开发的潜在重要靶点，可为临床治疗提供重要价值。