2010年芝加哥大学在Nature Chemical Biology杂志首次披露赖氨酸琥珀酰化（lysine succinylation），该研究通过实验分析鉴定表明琥珀酰-赖氨酸肽段是一种自然发生的赖氨酸修饰，来自于体内蛋白，进化趋于保守，对不同生理环境能够做出应答。
小编在往期推文中介绍了一系列翻译后修饰(Post-translational modifications，PTMs），包括乙酰化、泛素化、磷酸化、巴豆酰化等等。我们带您重温一下翻译后修饰(Post-translational modifications）PTMs的概念，翻译后修饰（Post-translational modifications，PTMs）是指对翻译后的蛋白质进行共价加工的过程，在一个或多个氨基酸残基加上修饰基团，可以改变蛋白质的理化性质，进而影响蛋白质的空间构像、活性状态、亚细胞定位、折叠及其稳定性以及蛋白互作。而琥珀酰化（Succinylation，Ksucc）具有广泛调节细胞代谢的作用，正是由于此种特性研究表明此修饰可能影响其它下游细胞生物学功能。
琥珀酰化（Succinylation，Ksucc）是指琥珀酰基供体在琥珀酰辅酶 A （Sccinyl-Coenzyme A）的介导下将琥珀酰基团共价结合到赖氨酸残基的过程。赖氨酸琥珀酰化（lysine succinylation）广泛存在于真核细胞及原核细胞中，在三羧酸循环、氨基酸代谢以及脂肪酸代谢等多种通路中起调控作用。琥珀酰化蛋白质组以细胞、组织等较为复杂样本为研究对象，以鉴定样本中发生琥珀酰化修饰的蛋白质以及相应的琥珀酰化修饰位点。
琥珀酰化修饰是琥珀酰基供体通过酶学或非酶学的方式将琥珀酰基团共价结合到氨基酸残基的过程，主要发生于赖氨酸残基。蛋白质发生琥珀酰化修饰后，一方面氨基酸残基因结合了分子量较大的琥珀酰基而使蛋白质结构发生明显的改变，另一方面因赖氨酸残基所带电荷由+1变为－1引起了较大的电荷变化，导致蛋白质理化性质和功能发生改变。因此，与甲基化修饰和乙酰化修饰相比，琥珀酰化修饰对蛋白质特性的影响更大。
Fig1.琥珀酰化原理图
琥珀酰化的特点和作用
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Acylations |
Ksucc |
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Writers |
GNATs(GCN5，HAT1)；CPT1A；KGDHC |
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Readers |
YEATS domain(GAS41） |
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Erasers |
SIRT5；SIRT7 |
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Metabolites sources |
Succinyl-CoA；Succinate |
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Functions |
Activate transcription Impair mitochondria respiration mitophagy and metabolic flexibility Deter neuro filaments aggression in AD Exacerbate hypertrophic cardiomyopathy and ischemia-perfusion injury |
琥珀酰化普遍存在于生物中，特别是中心代谢和中间代谢的很多代谢酶都存在琥珀酰化修饰，他们参与生物体的代谢调节、表观调控、信号传导等多种重要的生物学过程，与神经性疾病、炎症、代谢疾病、肿瘤等疾病密切相关。因此琥珀酰化修饰及琥珀酰化抗体在这些研究领域被广泛地应用。
琥珀酰化提供了代谢和蛋白质功能之间的耦合。此发现为神经系统疾病的代谢提供了新视角，并提示这些疾病的药物开发需要更好地了解大脑和其他组织中的琥珀酰化和去琥珀酰化。
琥珀酰化与炎症
巨噬细胞在革兰氏阴性菌脂多糖LPS的刺激下，消耗大量葡萄糖，其胞内中心代谢会从氧化磷酸化为主，转化为以糖酵解为主。研究人员发现LPS会显著诱导线粒体三羧酸循环中间体琥珀酸的含量。而琥珀酸通过稳定HIF-1α，促进炎症反应中IL-1β的产生。
琥珀酰化与代谢疾病
研究表明，琥珀酰化可以改变酶的过程和代谢途径（特别是线粒体代谢途径），从而在细胞代谢中发挥多种重要作用，如三羧酸循环、电子传递链、糖酵解、酮体形成、脂肪酸氧化及尿素循环。琥珀酰化还与许多疾病有关，如肝脏、心脏、肺和其他器官的疾病。
琥珀酰化与肿瘤疾病
琥珀酰化调节剂可以通过调节底物靶点的琥珀酰化水平来促进或抑制多种癌症。例如，肉碱棕榈酰转移酶1A（CPT1A）通过琥珀酰化烯醇化酶1促进BC细胞增殖，并通过S100A10的琥珀酰化促进胃癌（GC）细胞转移。此外，赖氨酸乙酰转移酶2A（KAT2A）可通过其琥珀酰转移酶活性上调，以促进人胰腺导管腺癌（PDAC）细胞的增殖、迁移和侵袭。KAT2A和α-酮戊二酸脱氢酶（α-KGDH）的复合物作为组蛋白H3琥珀酰转移酶，促进胶质瘤细胞的增殖和发育。
Fig2.琥珀酰化在各种肿瘤中的表达
