S-亚硝基化在NO细胞信号的传递中起关键作用，这是一种与磷酸化相似的蛋白翻译后修饰，广泛参与细胞功能调控。S-亚硝基化的失调与多种疾病紧密相关，包括阿尔茨海默症、癌症、肌肉萎缩症、心力衰竭和糖尿病等。与酶驱动的磷酸化修饰不同的是，S-亚硝基化修饰的基本催化机制尚不明确。2023年12月5日，美国凯斯西储大学医学系Jonathan S. Stamler团队在Cell上在线发表了题为“An enzyme that selectively S-nitrosylates proteins to regulate insulin signaling”，文章确定了一种使用SNO-CoA作为辅助因子对多种蛋白质进行S-亚硝基化的酶SCAN，其底物包括胰岛素受体(INSR)和胰岛素受体底物1 (IRS1)。SCAN活性在生理上调节胰岛素信号，其异常活性可导致糖尿病的发生。

英文标题：An enzyme that selectively S-nitrosylates proteins to regulate insulin signaling（Cell，IF=66.85，2023）

中文标题：一种特异性催化S-亚硝基化蛋白质以调节胰岛素信号的酶

研究材料：HEK293细胞

组学技术：S-亚硝基化修饰组

主要研究结果

01.SCAN介导高脂饮食(HFD)中INSRβ/IRS1的S-亚硝基化和胰岛素抵抗

为了确定SCAN在哺乳动物中的生理作用，作者使用了全身SCAN基因敲除的小鼠模型。由于SCAN含有一个未知功能的胰岛素受体（INSR）相互作用结构域，作者进一步研究了SCAN/SNO-CoA在胰岛素信号传导中的作用。在HFD的条件下，SCAN基因敲除小鼠体重增加较慢，其对胰岛素的敏感性较高，这说明SCAN在HFD小鼠中促进了胰岛素抵抗。进一步研究发现，HFD饲养的小鼠中，SCAN敲除小鼠表现出较低水平的S-亚硝基化INSRβ和IRS1，并且胰岛素效应子AKT和AS160的磷酸化水平较高。这表明SCAN介导的S-亚硝基化抑制INSRβ/IRS1依赖的胰岛素信号传导在很大程度上是通过抑制INSRβ的酪氨酸激酶活性（图1）。

图1. SCAN介导高脂饮食中INSRβ/IRS1的S-亚硝基化和胰岛素抵抗 （图源：Zhou et al., Cell

02.胰岛素诱导INSRβ/IRS1的S-亚硝基化抑制信号转导

进一步在大鼠成肌细胞L6细胞系的研究发现，胰岛素对L6-WT的细胞中INSRβ/IRS1的S-亚硝基化有促进作用，而且这种作用是动态变化的，在去除胰岛素60-120 min到达高峰，随后逐渐消退，反观在SCNA敲除的细胞中没有这种现象。通过对L6细胞和健康小鼠的研究，作者发现SCNA的缺失导致胰岛素刺激下的IRS1、AKT和AS160的磷酸化延长，这表明激动剂刺激的INSRβ/IRS1的S-亚硝基化是关闭胰岛素信号通路的负反馈回路的一部分。小鼠的胰岛素耐受实验证实，由SCAN介导的胰岛素诱导的S -亚硝基化可以关闭骨骼肌中的胰岛素信号，从而减缓葡萄糖摄取以防止低血糖（图2）。

图2 胰岛素诱导INSRβ/IRS1的S-亚硝基化抑制信号转导（图源：Zhou et al., Cell, 2023）

03.胰岛素刺激的INSRβ/IRS1的S-亚硝基化与NOS活性相关

在胰岛素刺激下，eNOS和nNOS的活性都显著增加，这表明SCAN介导的胰岛素刺激的INSRβ/IRS1的S-亚硝基化可能是利用eNOS和nNOS产生的NO。在L6细胞中，NOS抑制剂L-NMMA不仅阻断了胰岛素刺激的INSRβ/IRS1的S-亚硝基化，还阻断了SCAN本身的S-亚硝基化。因此，eNOS和nNOS可能是生理条件下SCAN活性的SNO来源（图3）。

图3 eNOS和nNOS可能是生理条件下SCAN活性的SNO来源 （图源：Zhou et al., Cell, 2023

04.INSRβ的S-亚硝基化与人脂肪组织和骨骼肌中的BMI和SCAN表达相关

为了确定SCAN对INSRβ的S -亚硝基化是否与人类肥胖相关的胰岛素抵抗有关，作者量化了来自不同体重指数(BMI)患者的14个人类骨骼肌样本和26个人类脂肪库样本中SCAN的表达和SNO-INSRβ的量，发现在BMI较高的患者骨骼肌、内脏及皮下脂肪样本中表达上调。人体组织中SNO-INSRβ与BMI和SCAN存在显著的线性关系，表明SCAN介导的INSRβ的S-亚硝基化是人类胰岛素抵抗的首要因素（图4）。

图4 基于S-亚硝基的胰岛素信号传导抑制和胰岛素抵抗（图源：Zhou et al., Cell, 2023）

拜谱小结

本研究通过SCAN表达、BMI和SNO-INSRβ之间的多重线性相关(结合动物数据)表明，肥胖患者中SCAN的高表达通过INSRβ的亚硝基化导致胰岛素抵抗。据预测，整个蛋白组中70%蛋白发生S-亚硝基化，目前已鉴定超过10,000万种SNO蛋白，这也是信号传导的主要机制。本研究发现SNO会导致胰岛素抵抗，这也是其它疾病的既定特征，包括心力衰竭、阿尔茨海默病、肌肉萎缩症、恶性高热和肝癌等，因此可作为多种疾病的有潜力的治疗靶点。拜谱生物全面升级了半胱氨酸修饰蛋白质组学产品，现可提供棕榈酰化、亚硝基化、谷胱甘肽化、次磺酸化、硫巯基化、Total 氧化还原、游离巯基蛋白质组学检测服务，欢迎大家咨询！

参考文献：

Zhou HL, Grimmett ZW, Venetos NM, Stomberski CT, Qian Z, McLaughlin PJ, Bansal PK, Zhang R, Reynolds JD, Premont RT, Stamler JS. An enzyme that selectively S-nitrosylates proteins to regulate insulin signaling. Cell. 2023: S0092-8674(23)01226-6. doi: 10.1016/j.cell.2023.11.009.