多巴胺作为经典单胺类神经递质，不仅参与机体运动调控、大脑奖赏环路构建、血管张力维持和神经免疫通信；还广泛调控激素分泌、胃肠道蠕动等生理过程，在机体生理稳态维持与疾病发生发展中发挥多元化调控功能。

除经典胞内外信号传导作用外，近年来发现多巴胺在转谷氨酰胺酶2（TGM2）的催化下，与底物蛋白共价结合，形成一种全新型翻译后修饰---多巴胺化。

单胺化修饰

多巴胺与血清素、组胺等单胺类神经递质，均可在TGM2的作用下与靶蛋白共价结合，这类修饰统一命名为单胺化修饰（图1）。单胺化修饰底物既包含细胞核内组蛋白，也涵盖胞质非组蛋白，这种神经递质直接共价修饰蛋白的模式构建起“神经递质-表观遗传”及“神经递质-蛋白功能调控”的独特神经调控路径，参与神经可塑性重塑、肿瘤微环境稳态调控等多种生理与病理进程[1]。

编辑

图1 单胺类神经递质介导的单胺化修饰[1]

多巴胺化修饰与组蛋白

多巴胺化修饰作为近年来被持续挖掘的新型翻译后修饰类型，现已在神经科学、生殖内分泌、肿瘤生物学、组织再生四大领域产出多项高影响力成果，是表观遗传与细胞代谢信号交叉的前沿方向。

2020年，Maze团队在《Science》发表奠基性工作，首次报道利用质谱证实的组蛋白H3Q5的多巴胺化（H3Q5dop）；该修饰介导可卡因成瘾的相关转录可塑性，开创“神经递质直接修饰组蛋白调控行为”的新机制[2]。

2026年的一项《Nature》研究中，借助H3Q5dop的特异性抗体(H3K4me3Q5dop antibody)进一步证实该修饰参与人和小鼠生育相关长期神经适应性重塑机制，H3Q5dop通过调控大脑生殖相关神经信号传导，打通外周多巴胺信号“持久改写大脑基因表达”的表观通路，拓展组蛋白修饰在生殖内分泌的作用边界[3]。

同年在《Nature Chemical Biology》的肿瘤相关研究，依托点击化学的方法鉴定得到第二个组蛋白修饰位点H4Q27的多巴胺化，该修饰可显著抑制神经母细胞瘤的增殖，首次证实多巴胺修饰具有抑癌功能，为儿童神经肿瘤提供全新表观治疗靶点[4]。

多巴胺化修饰与非组蛋白

除组蛋白以外，2024年由四川大学丁楅森等课题组联合在《Cell Metabolism》发表突破性成果，证实胞质代谢酶同样可发生多巴胺化修饰[5]。糖酵解关键酶 TPI1 的第 65 位谷氨酰胺（Q65）是功能性修饰位点，多巴胺共价修饰 TPI1-Q65 可提升该酶催化活性，抑制细胞脂质过氧化与铁死亡过程，进而维持肺组织损伤后的修复再生能力 (图2)。研究同步利用 LC-MS/MS 完成修饰位点精准鉴定，并通过位点特异性抗体完成内源修饰水平验证[5]。

图2 TPI1的Q65多巴胺化抑制铁死亡过程，促进肺组织再生的作用机制[5]

多巴胺化检测流程

在检测技术层面，点击化学蛋白质组学是当前挖掘全新多巴胺化底物的核心工具：采用炔基官能团修饰的多巴胺类似物探针标记细胞内全部多巴胺化蛋白，经铜催化叠氮 - 炔环加成（CuAAC）点击反应与生物素叠氮偶联，再通过链霉亲和素磁珠富集修饰蛋白，最终结合质谱完成全局修饰蛋白鉴定（图 3）。该技术体系可一次性捕获数千个潜在多巴胺化修饰候选蛋白，极大拓展了多巴胺修饰底物谱的挖掘范围 [4-5]。

图3 多巴胺化技术检测流程

拜谱生物开放

“多巴胺化修饰”检测平台

拜谱生物依托该技术体系完成平行样本验证，成功复现文献已报道的组蛋白H4（图4A）和非组蛋白PGAM1（图4B）、HSD17B10（图4C） 等多巴胺化底物，此外，明星转录因子STAT1（图4D）也被鉴定为巴胺化修饰的底物蛋白，证明该检测流程具备高度稳定性与可靠性。

图4 多巴胺化技术部分检测结果[拜谱生物实测数据]

综上，多巴胺化修饰作为 TGM2 介导的单胺化修饰类型，打破了多巴胺仅作为胞外信号分子的传统认知，构建出神经递质直接调控核内表观遗传与胞质蛋白代谢功能的独特分子通路。现有研究已完成从组蛋白修饰到非组蛋白代谢酶修饰、从单一神经领域拓展至生殖、肿瘤、组织再生多学科的研究体系。拜谱生物同步建立起“点击化学全局筛选→质谱精准鉴定→特异性抗体验证”分层互补的标准化检测技术平台，支持未来挖掘免疫、衰老、心血管等全新领域的多巴胺化修饰底物，为精准医疗提供新型表观标志物与潜在干预靶点。

拜谱小结

多巴胺不仅是神经递质——在TGM2催化下，它能共价修饰组蛋白H3Q5、H4Q27，调控可卡因成瘾与神经母细胞瘤增殖；也能修饰代谢酶TPI1-Q65，抑制铁死亡、促进肺组织再生。从《Science》到《Nature》《Cell Metabolism》，多巴胺化正打破“胞外信号分子”的传统认知，构建“神经递质-表观遗传-代谢调控”的全新分子通路。

拜谱生物已建立“点击化学全局筛选→质谱精准鉴定→特异性抗体验证”分层检测平台，成功复现H4、PGAM1、HSD17B10等多巴胺化底物，并新鉴定出STAT1等多条线索。

多巴胺化研究，下一站通向哪里？免疫？衰老？心血管？欢迎合作共研！

参考文献

[1] Zhao Y, Zhang H, Yang Y. Monoaminylation in Human Health and Disease: State of the Field, Challenges, and Emerging Directions. Adv Sci (Weinh). 2026 Mar;13(16):e20653. doi: 10.1002/advs.202520653.

[2] Lepack AE, Werner CT, Stewart AF. Dopaminylation of histone H3 in ventral tegmental area regulates cocaine seeking. Science. 2020 Apr 10;368(6487):197-201. doi: 10.1126/science.aaw8806.

[3] O'Chan JC, Di Salvo G, Cunningham AM. Dopamine drives persistent remodelling of the maternal brain. Nature. 2026 May 20. doi: 10.1038/s41586-026-10509-4.

[4] Zhang Y, Yang Y, Wu W.. Chemoproteomic profiling reveals histone H4 dopaminylation inhibiting cell growth. Nat Chem Biol. 2026 May 8. doi: 10.1038/s41589-026-02225-x.

[5] Mo C, Li H, Yan M.Dopaminylation of endothelial TPI1 suppresses ferroptotic angiocrine signals to promote lung regeneration over fibrosis. CellMetab. 2024 Aug 6;36(8):1839-1857.e12. doi: 10.1016/j.cmet.2024.07.008.