Mol Cell | 杨爱民/王亮合作构建PALM-Scan纳米孔平台，实现蛋白质S-棕榈酰化单分子检测

蛋白质翻译后修饰（PTM）是调节蛋白质稳定性、定位、相互作用和活性的重要方式。蛋白质S-棕榈酰化（S-palmitoylation）又称S-酰化（S-acylation），是长链脂肪酸如棕榈酸通过硫酯键连接到特定半胱氨酸残基上的可逆翻译后修饰。在哺乳动物细胞中，这一修饰由含锌指DHHC结构域的棕榈酰转移酶（ZDHHC）催化安装，由酰基蛋白硫酯酶负责去除。这种动态的“棕榈酰化循环”作为分子开关，调控蛋白质的膜定位、稳定性、蛋白-蛋白相互作用和亚细胞分布【1】。据估计，人类蛋白质组中约有10%–20%的蛋白可能存在S-棕榈酰化修饰。S-棕榈酰化的异常与肿瘤、炎症性疾病和神经退行性疾病等多种人类疾病的发生发展密切相关。然而，现有检测手段（ABE法、代谢标记法）均存在间接性、样本量需求大、无法单分子分辨等根本性局限，严重制约了该领域的研究进展。

重庆大学杨爱民团队长期聚焦蛋白质棕榈酰化修饰，证实棕榈酰化参与自噬起始【2】、自噬体成熟【3】和底物选择【4】等关键步骤，明确其对自噬的多层级调控，为解析细胞自噬这一稳态核心机制提供了新视角【5】。中国科学院重庆研究院王亮团队长期致力于纳米孔单分子检测与精确测量技术研究。

2026年8月4日，重庆大学杨爱民团队与中国科学院重庆绿色智能技术研究院王亮团队合作在Molecular Cell杂志发表了题为“PALM-Scan enables single-molecule site-specific detection of proteinS-palmitoylation with a nanopore”的技术性研究论文（Technology Article）。该工作开发了一种名为PALM-Scan（palmitoylation analysis via label-free monitoring and signature capture on nanopore）的纳米孔平台（图1），基于工程化蛋白纳米孔，将棕榈酰化肽段独特的物理化学特征，如分子体积大、疏水性高，直接转译为可量化的离子电流信号。

图1. PALM-Scan检测棕榈酰化修饰示意图

研究团队以焦亡关键执行蛋白GSDMD和癌基因小GTPase NRas来源肽段为模型，证实棕榈酰化肽段穿越纳米孔时产生显著区别于未修饰肽段的电流特征：阻断幅度更深、停留时间更长、解离常数更低。上述三维电流指纹可跨越不同肽段序列背景实现稳健识别，证明该方法具有序列非依赖性的广谱适用性。同时，PALM-Scan实现了对去棕榈酰化反应的单分子实时动态监测。通过分析单个穿孔事件，平台可同时分辨反应体系中棕榈酰化与去棕榈酰化亚群，定量追踪反应进程，揭示宏观速率常数背后的单分子行为异质性。

半胱氨酸是细胞信号调控的核心枢纽，可同时受到S-棕榈酰化、S-亚硝基化和S-谷胱甘肽化等多种修饰的竞争性调控。研究团队发现，PALM-Scan在同一次无标记测量中，成功将这三种化学性质截然不同的修饰类型疏水长链（棕榈酰化）、小分子中性基团（亚硝基化）、大分子负电荷基团（谷胱甘肽化）——在相同肽段支架上进行了明确区分，为解析"半胱氨酸PTM编码"提供了强大工具。

最后，研究团队针对自噬核心蛋白BECN1（其Cys135棕榈酰化水平下降是衰老相关自噬减退的原因）和星形胶质细胞标志物GFAP（其Cys291棕榈酰化与神经退行性疾病密切相关），建立了蛋白酶序贯消化策略，并成功在仅120 μL小鼠血清样本中，无需抗体捕获、化学标记或色谱分离，直接检出GFAP的棕榈酰化与非棕榈酰化亚群。

总之，该研究工作首次实现了对蛋白质S-棕榈酰化修饰的单分子、无标记、位点特异性直接检测，并成功从小鼠血清微量样本中检出疾病相关棕榈酰化生物标志物，为蛋白质棕榈酰化研究提供了新工具。后续工作的重点则是提高复杂生物样本中的定量能力，建立棕榈酰化修饰水平与病理状态之间的联系，并将检测范围扩展至更多临床样本。

中国科学院重庆绿色智能技术研究院张执锐为论文第一作者，重庆大学杨爱民和中国科学院重庆绿色智能技术研究院王亮研究员为共同通讯作者。

https://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765(26)00505-8

引用文献：

[1]S Mesquita F, Abrami L, Linder M E, et al. Mechanisms and functions of protein S-acylation[J]. Nature Reviews. Molecular Cell Biology, 2024, 25(6): 488-509.

[2]Wei F, Wang Y, Yao J, et al. ZDHHC7-mediated S-palmitoylation of ATG16L1 facilitates LC3 lipidation and autophagosome formation[J]. Autophagy, 2024, 20(12): 2719-2737.

[3]Wang J, Zeng H, Wu W, et al. S-palmitoylation of ATG4B facilitates the deconjugation of LC3-II to promote autophagy[J/OL]. Autophagy, 2026: 1-12. DOI:10.1080/15548627.2026.2672699.

[4]Huang X, Yao J, Liu L, et al. S-acylation of p62 promotes p62 droplet recruitment into autophagosomes in mammalian autophagy[J]. Molecular Cell, 2023, 83(19): 3485-3501.e11.

[5]Yao J, Xie C, Yang A. The emerging roles of S-acylation in autophagy[J]. Trends in Biochemical Sciences, 2025, 50(9): 744-747.

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