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摘要糖尿病及由其引发的并发症是严重威胁人类健康的重大疾病。目前，全世界成年糖尿病患者已超过4亿，到2030年，这一数字将可能上升至5.5亿(Shaw,Sicree et al.2010)。糖尿病是多因素引发的慢性疾病，主要包括1型糖尿病及2型糖尿病，其中2型糖尿病约占所有患者的85％。糖尿病的病理特征十分复杂，一般认为细胞中活性氧(Reactive oxygen species，ROS)水平的增加是糖尿病的典型病理表现之一，由活性氧引发的胰岛素分泌不足及外周组织胰岛素抵抗是糖尿病发生发展的重要病因之一。本实验室前期首次发现在2型糖尿病模型动物中，多种与细胞氧化还原状态动态变化及稳态维持相关的蛋白质均发生丙二酰化修饰（Kmal）;丙二酰化修饰可能与2型糖尿病的发生发展密切相关。在本论文中，我们系统研究了赖氨酸丙二酰化修饰对多种ROS代谢通路的关键蛋白质活性的调控作用，并探讨了其可能的作用机制。<br>　　我们首先研究了Kmal修饰对GSTM1的影响。GSTM1是GST家族的成员，此蛋白家族主要负责将GSH连接到外源异物上，实现解毒作用，在ROS代谢中也扮演了重要角色。我们通过分析糖尿病模型动物db/db小鼠的Kmal修饰组学数据，发现在db/db小鼠中GSTM1的Kmal修饰显著上调;GSTM1发生Kmal修饰之后，其活性显著下降;在细胞及整体动物水平过表达去酰基化酶SIRT5可有效去除Kmal修饰，并恢复GSTM1的活性，提示Kmal修饰对GSTM1活性的调控作用是可逆的。<br>　　线粒体是细胞进行能量代谢的主要细胞器，也是细胞中产生活性氧的主要场所。线粒体ROS主要来源于电子传递链（electron transport chain，ETC）漏出的电子所产生的超氧阴离子自由基，SOD2(MnSOD)定位于线粒体基质，可有效清除超氧阴离子自由基。SOD2可发生Kmal修饰，其主要修饰位点是第68位赖氨酸残基;K68的Kmal修饰显著增强SOD2的酶活性，并可在一定程度上增强细胞对氧化压力的耐受程度，这一翻译后修饰可能与细胞代偿性提升ROS清除能力密切相关。<br>　　线粒体中的细胞色素c(Cytochrome c，cyt c)是电子传递链的重要成分，并在细胞内ROS代谢过程中发挥重要作用。细胞色素c可发生Kmal修饰，Kmal修饰显著改变了细胞色素c的氧化还原电位，减缓了电子传递速率，从而减少了线粒体中ROS的产生。<br>　　线粒体外膜上的mitoNEET蛋白是2型糖尿病TZD类药物吡格列酮的靶标，在调节电子传递和氧化磷酸化的最大容量方面起关键作用。MitoNEET可发生Kmal修饰，Kmal修饰使得蛋白的氧化还原电位向负极偏移～100mV，导致蛋白的氧化速率加快，还原速率减慢，总的结果使蛋白倾向于保持在氧化状态，易于将铁硫簇递送给细胞质中其他含铁硫簇的氧化还原蛋白，以实现胞质溶胶内铁硫簇氧化还原蛋白的稳态维持。<br>　　本论文第一部分工作证明了丙二酰化修饰对ROS代谢通路关键蛋白质活性的调控作用。丙二酰化修饰依赖于细胞中的丙二酰辅酶A，从亚细胞尺度检测丙二酰辅酶A浓度的动态变化有助于深入了解丙二酰化修饰的生理及病理意义，但目前还缺乏有效的原位检测技术。为了在细胞及亚细胞水平检测丙二酰辅酶A的动态变化，我们通过不同的研究策略尝试开发丙二酰辅酶A的特异性生物探针，其中基于FapR构象变化的丙二酰辅酶A生物传感器获得了成功。该生物传感器可以在细胞中检测到丙二酰辅酶A的动态变化;将该生物传感器特异性定位到细胞的不同区域后，还能检测到不同区域中丙二酰辅酶A浓度的动态变化。这一生物传感器为系统研究丙二酰化修饰提供了具有潜在应用价值的工具。