2025年5月26日，生物治疗全国重点实验室和国家老年疾病临床医学研究中心研究人员合作在Nature Chemical Biology（IF：13.0）在线发表题为“Acetylation profiling by Iseq-Kac reveals insights into HSC aging and lineage decision”的研究论文。该研究针对稀有样本（如造血干细胞）翻译后修饰检测的技术瓶颈，原创性开发一种不依赖于修饰抗体的微量乙酰化修饰组学新策略，命名为Iseq-Kac。运用该策略，该团队解析了造血干细胞（HSC）/祖细胞（HSPCs）衰老过程中蛋白质与乙酰化修饰的动态变化规律，并首次揭示H4K77ac在HSC中通过直接调控淋系关键基因转录决定淋系命运分化。该成果不仅为深入理解造血干细胞衰老机制提供了重要依据，也为靶向调控淋系细胞分化、延缓免疫系统功能衰退提供潜在干预靶点。

生物治疗国重博士后龚艳秋、博士生詹惠文、博士生魏霓、博士生刘敏和博士后刘宇为文章共同第一作者；戴伦治研究员、张惠媛教授和胡洪波研究员为共同通讯作者；我院为第一作者和通讯作者单位。

造血干细胞（HSC）位于造血系统顶端，是维持终生造血和免疫稳态的关键细胞。其功能衰退被认为是免疫老化的重要驱动因素。随着年龄增长，HSC表现出自我更新能力下降和谱系分化失衡，表现为髓系偏倚增强、淋系分化能力减弱，导致新生T/B细胞数量减少与多样性降低。这种适应性免疫的削弱不仅提升了老年人对病原体的易感性，也降低了疫苗应答，体现出HSC衰老与老年免疫缺陷密切相关。因此，解析HSC衰老及谱系偏倚的分子机制，对理解免疫衰老和开发干预策略具有重要意义。

蛋白质乙酰化，尤其是组蛋白乙酰化，在HSC命运调控中发挥关键作用。表观遗传修饰通过影响染色质结构和基因表达，调节HSC的自我更新与分化潜能。例如，H3K56ac参与稳态维持，H4K16ac调控红系分化。随着衰老，HSC出现表观遗传修饰漂移，成为其功能衰退的重要机制之一。然而，由于HSC数量稀少，传统抗体富集型乙酰化组学技术难以满足其研究需求，已知调控位点极为有限。因此，亟需发展适用于HSC的微量乙酰化组学技术，实现其乙酰化图谱的全面解析。

为突破微量修饰组学技术瓶颈，研究团队创新性开发出一项不依赖抗体富集的基于内标辅助的微量乙酰化组学技术Iseq-Kac。该技术显著降低样品使用量需求，同时可实现蛋白质与乙酰化修饰的同步相对定量。Iseq-Kac技术利用TMT（Tandem Mass Tag）标记策略，通过加入TMT标记的化学修饰乙酰化内标，显著增强样本中乙酰化肽段一级质谱（MS1）信号并触发二级碎裂。在二级质谱（MS2）中，研究人员利用由多肽序列及TMT平衡基团组成的TMT互补离子簇（TMTc）进行多肽定性，并通过TMT报告离子进行相对定量。为提升定性和定量准确性，研究人员通过优化内标制备、质谱检测参数、内标和样本混合比例、样本TMTc的卡值以降低同位素干扰以及多肽共洗脱效应的影响。

研究团队应用Iseq-Kac技术，分别在10,000个年轻和老年小鼠HSPCs（HSC、MPP1、MPP2和MPP3）中开展高通量乙酰化组学分析。各细胞亚群均鉴定到超过3,000种蛋白和超过1,000个乙酰化位点，且实验重复性好，充分证明了该技术的高灵敏度与稳定性。部分乙酰化位点进一步通过靶向质谱分析、位点特异性抗体及功能实验等进行了验证。研究人员发现，H4K77ac在衰老HSC中显著下调，CUT&Tag分析发现H4K77ac调控的基因与谱系分化有关。进一步化学生物学实验证实HDAC3是H4K77ac的去乙酰化酶，抑制或敲低HSC中HDAC3可有效促进HSC向淋巴细胞分化。此外，通过构建H4K77Q突变体（模拟乙酰化）证实，该修饰可增强HSC向T/B细胞的分化倾斜，并抑制其向CD11b⁺髓系细胞的分化潜能。体内移植实验同样支持H4K77ac在维持淋系分化能力中的核心作用。这一发现为改善衰老HSC淋系分化障碍、延缓衰老提供潜在策略。

综上所述，该研究开发了一种微量乙酰化组学新技术，创新性突破了传统乙酰化组学技术对乙酰化抗体和蛋白量的需求瓶颈，为稀有细胞群体的乙酰化组研究提供了全新工具。通过该技术，研究团队系统描绘了HSPCs衰老过程中乙酰化修饰的动态图谱，并首次揭示H4K77ac在调控HSC谱系分化中的关键功能。该成果不仅为深入理解造血干细胞衰老机制提供了重要依据，也为靶向调控淋系细胞分化、延缓免疫系统功能衰退提供了潜在干预靶点。

该项目得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、我院1•3•5计划项目和国家老年医学临床研究中心的支持。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41589-025-01916-1