北京大學王偉課題揭示組蛋白質谷胱甘肽化修飾與應激顆粒的雙向協同調控機制

細胞內氧化應激是一柄雙刃劍，適度氧化是能量代謝、信號傳導的必需環節，但過度氧化則會導致蛋白損傷甚至降解，威脅細胞生存[1]。還原型谷胱甘肽（GSH）作為細胞核心抗氧化分子 [2]，其高達毫摩爾級含量如何得到精準的調控是長期以來領域內的未解之謎：如何在保障必要氧化反應的同時，避免蛋白氧化[3]？這一關鍵科學問題近日迎來突破性解答。

近日，北京大學生命科學學院、基因功能研究與操控全國重點實驗室、生命科學聯合中心王偉團隊，在Molecular Plant 期刊上在線發表題為“Duet between stress granules and glutathionylation regulates cytosolic redox state to maintain proteostasis in Arabidopsis”的研究論文。該研究首次闡明蛋白質谷胱甘肽化修飾與應激顆粒（Stress Granule，SG）的雙向協同調控機制，不僅破解了細胞氧化平衡難題，更重新定義了SG的作為無膜細胞器整體的生物學新功能。

王偉課題組前期研究發現，在 水楊酸（Salicylic Acid，SA）誘導的氧化應激條件下，細胞會大量形成由RNA與蛋白組成的SG，這類無膜細胞器可招募mRNA及翻譯相關元件，從而調控應激狀態下的細胞翻譯水平[4]。在此基礎上，作者進一步觀察到，SG同時富集了大量與GSH合成及代謝相關的酶及蛋白，提示其可能參與細胞氧化還原調控。

為進一步深入研究SG的功能和GSH調控的細胞內氧化還原關系，作者開發了基于激活型熒光探針的點擊化學反應，實現了蛋白質谷胱甘肽化修飾的活體成像技術（Click-activated metabolic Labeling and imaging of glutathionylation，CamLog）。該技術無需轉入外源基因，可實現天然生理條件下谷胱甘肽化修飾蛋白的動態可視化。借助CamLog技術，作者成功在擬南芥根部觀察到SA誘導形成的谷胱甘肽化蛋白凝聚體。

接著作者通過SG標志蛋白共定位、SG富集蛋白的谷胱甘肽化修飾與質譜鑒定，證實了這些凝聚體是SG的核心組成部分。機制研究顯示，SG的形成依賴蛋白液-液相分離（LLPS），而過度氧化會削弱蛋白的LLPS能力。SA誘導的蛋白谷胱甘肽化修飾，可賦予蛋白氧化還原緩沖能力，確保其在氧化環境中維持LLPS活性，進而促進SG組裝。實驗證實，利用TCEP抑制全局蛋白谷胱甘肽化修飾，可顯著抑制SG的形成，明確了該修飾是驅動SG組裝的關鍵分子基礎。

隨后作者揭示了SG的雙重調控機制。作為無膜細胞器，一方面SG能在氧化態細胞質中構建還原性微環境，對翻譯相關蛋白進行隔離保護，從而抑制氧化誘導的蛋白降解。例如突變SG標記蛋白RBP47B發生谷胱甘肽化修飾的半胱氨酸位點，不僅降低了其流動性，還抑制了植株對SA響應。另一方面，SG招募GSH生物合成的限速酶GSH1，通過抑制細胞質中的GSH合成，維持應激狀態下的適度氧化水平，保障氧化信號通路的正常激活（圖3）。

圖3. SG與谷胱甘肽化修飾協同作用，塑造出氧化還原電勢的空間異質性分布

綜上，這一發現重新定義了SG作為無膜細胞器的整體性生物學功能，表明SG并不僅僅只是應激條件下的翻譯調控場所，也是主動調控細胞抗氧化能力的核心樞紐。同時，SG與谷胱甘肽化修飾協同作用塑造的細胞質中氧化還原電勢異質性，打破了人們對細胞抗氧化機制的傳統認知，為重新理解細胞抗氧化機制提供了全新理論，也對易受氧化損傷的組織的研究具有重要啟示。

近年來，王偉課題組在植物SG研究領域持續產出重磅成果，先后在Nature Plants，2023[4]；Molecular Cell，2024 [5]；Molecular Plant，2025發表系列論文，系統解析了SG的功能和形成機制，其研發的技術方法與提出的理論模型，為該領域研究提供了重要指導。

北京大學生命科學學院、基因功能研究與操控全國重點實驗室、生命科學聯合中心王偉研究員為論文通訊作者。北京大學博士后趙帥（已出站，現就職于首都師范大學）、博士后謝周麗（已出站，現就職于華中農業大學）和在讀博士生陳効遠為該論文的共同第一作者；首都師范大學周冕研究組參與了本研究。本研究得到了國家自然科學基金、基因功能研究與操控全國重點實驗室、生命科學聯合中心、首都師范大學、北京市自然科學基金、北京市科技新星計劃和海外交流引進博士后等項目的資助。

該論文的共同第一作者謝周麗副教授現就職于華中農業大學植物科學技術學院。課題組常年招收博士后1-2人。課題組主要開展以下研究：1. 無膜包裹細胞器和相變調控作物非生物逆境脅迫機理；2. SG穩態與作物逆境脅迫間的關系和生物學意義；3. 植物納米生物學在作物逆境脅迫中的應用。更多課題組信息詳見：

https://faculty.hzau.edu.cn/xiezhouli/zh_CN/index.htm

參考文獻：

1.Waszczak, C., M. Carmody, and J. Kangasj?rvi, Reactive Oxygen Species in Plant Signaling. Annu Rev Plant Biol, 2018. 69: p. 209-236.

2.Noctor, G., et al., Glutathione in plants: an integrated overview. Plant Cell Environ, 2012. 35(2): p. 454-84.

3.Noctor, G., J.-P. Reichheld, and C.H. Foyer, ROS-related redox regulation and signaling in plants. Seminars in Cell & Developmental Biology, 2017. 80: p. 3-12.

4.Xie, Z., et al., Phenolic acid-induced phase separation and translation inhibition mediate plant interspecific competition. Nature Plants, 2023. 9: p. 1481-1499.

5.Xie, Z., et al., Proteasome resides in and dismantles plant heat stress granules constitutively. Mol Cell, 2024. 84(17): p. 3320-3335 e7.

https://doi.org/10.1016/j.molp.2025.12.018