Nature重磅：改寫生物學基本規則，首次證實泛素化也能“標記”糖原和代謝物

題圖 | Pixabay

撰文 | 宋文法

泛素化是細胞內一種重要的信號修飾方式，被長期定義為蛋白質翻譯后修飾，核心功能是調控蛋白定位、降解、代謝與信號傳導等。

在經典途徑中，泛素化發生在蛋白的賴氨酸（Lys）殘基上，形成穩定的異肽鍵。在非經典途徑中，也可發生在半胱氨酸（Cys）、絲氨酸/蘇氨酸（Ser/Thr）上，形成酯鍵，但仍只針對蛋白。

目前，在真實細胞和組織環境中，非蛋白質泛素化（如糖類、脂類、核酸等）是否真實存在，幾乎完全未知。

2026年4月22日，澳大利亞WEHI研究所在"Nature"期刊上發表了一篇題為" Ubiquitination of glycogen and metabolites in cells and tissues "的研究論文。

這項研究推翻了50年來的科學認知，首次證實泛素化不僅能修飾蛋白質，還可直接修飾糖原、甘油、精胺等非蛋白質生物分子，這一發現徹底改寫科學界對泛素化的傳統認知。

圖源：論文截圖

在這項研究中，研究團隊開發了一種名為NoPro-clipping的新型質譜技術，該技術結合了泛素剪切酶（Ub-clippase）和分選酶標記（sortase labelling），首次實現了對非蛋白質泛素化底物的高通量、高靈敏度檢測，使得這一技術成為探索非蛋白泛素化的 “黃金工具”。

通過這一新技術，在小鼠肝臟、骨骼肌、心臟、腦等組織中，糖原泛素化普遍存在，其中肝臟含量最高。

進一步分析發現，當小鼠禁食6小時，肝臟糖原儲備消耗近九成，但糖原泛素化水平反而上升8倍，而重新進食后，新生糖原無泛素化標記，需要約24小時才被泛素化標記。這表明，泛素化是生理條件下糖原降解的核心開關，禁食期間細胞一邊消耗糖原，一邊給它泛素化標記，將其送往溶酶體降解。

此外，研究團隊還首次鑒定出泛素化甘油、泛素化精胺兩種內源性小分子代謝物，證實非蛋白泛素化廣泛存在于哺乳動物細胞與組織。

NoPro-clipping可檢測非蛋白泛素化底物（圖源：論文截圖）

重要的是，在糖原貯積癥模型細胞中，泛素化糖原水平異常升高，表明其可能與疾病機制密切相關。這提示，誘導糖原泛素化或可降低細胞內糖原儲量，可能有助于治療糖原貯積癥、脂肪肝、糖尿病等代謝疾病。

研究指出，這項研究徹底顛覆了泛素化僅修飾蛋白的經典理論，更是一種廣泛的生物分子修飾系統，NoPro-clipping技術的問世，是泛素生物學的里程碑式突破，為代謝疾病、神經退行性疾病的機制研究和藥物開發開辟了新方向。

參考文獻：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10548-x

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