近日，中国医学科学院药物研究所耿轶群课题组在J. Am. Chem. Soc.（美国化学会志）上发表题为 “Chemoproteomic Profiling of Signaling Metabolite Fructose-1,6-Bisphosphate Interacting Proteins in Living Cells” 的研究论文。该研究利用细胞内源性糖代谢产物果糖-1，6-二磷酸（FBP）的光亲和探针和定量化学蛋白质组学策略，在活细胞中系统鉴定了FBP的互作蛋白，并且解析了由FBP及其靶蛋白ALDH2介导的存在于线粒体途径的糖代谢信号感知机制。

细胞糖代谢是机体获得物质与能量的核心环节，其内稳态平衡是机体应对内外时空环境变化的重要保障。近年来的多项研究表型，糖代谢的中间产物可以作为代谢信号分子调控多种生理病理过程。其中，FBP是迄今为止被控制得最精细的糖酵解代谢产物，同时可以通过参与多条信号通路调控细胞能量代谢。目前对于FBP代谢信号感知的研究工作仅局限在几个相关蛋白，缺乏高通量策略鉴定FBP的互作蛋白。运用新型化学工具系统性鉴定FBP互作蛋白，并阐明其功能和分子机制，对于推动细胞糖代谢感知与信号传递的相关研究具有重要意义。

该研究首次设计并合成了FBP光亲和探针(PA-FBP)，利用定量化学蛋白质组学策略，在活细胞中系统性鉴定了FBP的互作蛋白。在新鉴定到的蛋白中，作者深入探索了FBP与线粒体代谢酶ALDH2的相互作用。ALDH2是线粒体中的重要功能蛋白，参与醛类代谢，调控氧化还原稳态，与多种疾病进程密切相关。在分子水平，作者证明FBP可以直接结合并以非竞争抑制的方式变构调节ALDH2酶活；光交联质谱位点鉴定发现PA-FBP特异性交联ALDH2的³³⁹TEQGPQVDETQFK³⁵¹肽段；分子对接模拟显示FBP该肽段的T348、Q349、K352氨基酸残基形成氢键网络，形成互作界面。在细胞水平，作者通过siRNA敲低ALDH2以及加入ALDH2激动剂（Alda-1）的实验证明，FBP通过抑制ALDH2酶活而引起细胞ROS水平升高和线粒体碎片化。

综上，该研究表明产生于细胞质的糖酵解代谢产物FBP以线粒体为信号转导中枢，通过抑制代谢酶ALDH2的活性，将细胞糖酵解信号转换成ROS信号以及线粒体形态学信号，这可能是一种新颖的存在于线粒体途径的葡萄糖代谢信号感知与信号传递机制，这将为后续开展细胞内源性糖代谢产物的分子信使功能探索提供研究范式和工具平台。

药物所2021级博士研究生李田为该论文的第一作者，耿轶群研究员为该论文的通讯作者。药物所2023级博士研究生王安慧、助理研究员张艳玲、副研究员郭彦伸以及北京大学化学与分子工程学院刘源副研究员等为该研究做出了重要贡献。该研究得到了中国医学科学院医学与健康科技创新工程（2021-I2M-1-026）、国家自然科学基金（22377148, 2220716）、中国医学科学院中央级公益性科研院所基本科研业务费（2021-RC350-002）等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c01335