Sulfur metabolism regulates endoplasmic reticulum stress survival through the interaction between cystathionine beta-synthase and Sec14 protein
硫代谢通过胱硫醚β-合酶与Sec14蛋白的相互作用调控内质网应激存活
来源：Journal of Proteomics 2026, Volume 324, 105573
《蛋白质组学杂志》，2026年，第324卷，文章编号105573
摘要
本研究以酿酒酵母为模型，揭示硫代谢关键酶胱硫醚β-合酶Cys4通过产生硫化氢（H₂S）并与磷脂转运蛋白Sec14相互作用，调控内质网应激存活。Cys4是内质网应激下维持细胞存活的主效H₂S合成酶，缺失CYS4会导致细胞对衣霉素极度敏感、未折叠蛋白反应（UPR）持续激活、胞内脂滴异常积累。在内质网应激条件下，Cys4与86个蛋白发生互作，其中14个蛋白的半胱氨酸残基发生S-过硫巯化或S-亚磺酰化修饰。Cys4与Sec14直接结合，应激时二者互作减弱且Sec14的过硫巯化修饰丢失。研究证明Cys4/H₂S通过与Sec14协同调控磷脂代谢与分泌途径，维持内质网稳态。
关键词
硫代谢；胱硫醚β-合酶；Cys4；硫化氢；S-过硫巯化；内质网应激；Sec14；脂滴
研究目的
阐明硫代谢、H₂S信号与蛋白质半胱氨酸氧化修饰在内质网应激中的作用机制，鉴定Cys4的互作蛋白并解析其与Sec14的功能关联，揭示维持内质网稳态的新调控通路。
研究思路
构建cys4与cys3缺失株，评估内质网应激耐受性；利用免疫共沉淀联合LC-MS鉴定Cys4互作蛋白；通过修饰组学检测半胱氨酸氧化修饰；聚焦Sec14验证互作与表型关联；检测脂滴积累与UPR激活，解析Cys4-Sec14调控内质网稳态的分子通路。
研究亮点
1 首次证明Cys4而非Cys3是酵母内质网应激中主导H₂S生成的核心酶。
2 系统鉴定内质网应激下Cys4的86个互作蛋白，发现14个存在氧化还原修饰。
3 揭示Cys4与Sec14直接相互作用，通过H₂S介导的过硫巯化调控磷脂代谢。
4 建立硫代谢—H₂S—Sec14—脂滴稳态—内质网存活的全新调控轴。
可延伸的方向
1 探究哺乳动物CBS与Sec14同源蛋白在内质网应激中的保守功能。
2 筛选靶向Cys4或Sec14的小分子调节剂，用于内质网应激相关疾病干预。
3 解析其他Cys4互作蛋白的S-过硫巯化位点与功能意义。
4 研究H₂S、UPR与脂代谢异常在脂肪肝、神经退行性疾病中的关联机制。
5 拓展其他胁迫条件下Cys4互作组与修饰组的动态变化。
测量的数据及研究意义
1 梯度点样生长数据：野生型、Δcys4、Δcys3在衣霉素下的生长表型（图1B），证明仅Δcys4表现内质网应激高度敏感。
2 实时生长曲线数据：不同浓度衣霉素下的OD600动态变化（图1C），定量证实Cys4缺失显著降低应激耐受。
3 β-半乳糖苷酶活性数据：UPRE报告基因表达水平（图1D），显示Δcys4无应激时UPR已组成型激活。
4 H₂S生成检测数据：乙酸铅显色平板黑色沉淀强度（图2A），证明半胱氨酸可诱导H₂S生成并回补Δcys4敏感表型。
5 免疫共沉淀与质谱数据：Cys4互作蛋白列表与修饰位点（表1、表2，图3），系统鉴定应激特异性互作组与氧化修饰谱。
6 免疫印迹验证数据：Cys4与Sec14-GFP互作及Sec14过硫巯化水平（图4B、C），证实应激时互作减弱、修饰丢失。
7 脂滴荧光定量数据：BODIPY染色后脂滴数量统计（图4E），证明Δcys4脂滴显著异常增多。
结论
1 胱硫醚β-合酶Cys4是内质网应激下维持细胞存活的核心因子，通过产生H₂S发挥保护作用。
2 内质网应激诱导Cys4与86个蛋白互作，14个互作蛋白发生半胱氨酸S-过硫巯化或S-亚磺酰化。
3 Cys4与磷脂转运蛋白Sec14直接结合，应激条件下二者互作减弱且Sec14过硫巯化修饰降低。
4 Cys4缺失导致脂滴异常积累、UPR持续激活、内质网应激耐受丧失，与Sec14功能缺失表型一致。
5 硫代谢通过Cys4/H₂S—Sec14轴调控磷脂代谢与脂稳态，是维持内质网应激存活的关键机制。
使用芬兰Bioscreen仪器测量数据的研究意义
使用Bioscreen C全自动生长分析仪对酵母进行长时间、高频率、高精度的OD600实时监测，获得野生型与Δcys4在不同衣霉素浓度下的连续生长曲线；客观、定量地反映Cys4缺失后细胞在内质网应激下的生长迟缓、对数期延长、最大OD显著下降，为“Cys4是内质网应激耐受必需基因”提供了高度可靠、可重复、标准化的定量表型证据，是本研究核心表型结论的关键实验支撑。