細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激是一柄雙刃劍，適度氧化是能量代謝、信號(hào)傳導(dǎo)的必需環(huán)節(jié)，但過度氧化則會(huì)導(dǎo)致蛋白損傷甚至降解，威脅細(xì)胞生存[1]。還原型谷胱甘肽（GSH）作為細(xì)胞核心抗氧化分子 [2]，其高達(dá)毫摩爾級(jí)含量如何得到精準(zhǔn)的調(diào)控是長期以來領(lǐng)域內(nèi)的未解之謎：如何在保障必要氧化反應(yīng)的同時(shí)，避免蛋白氧化[3]？這一關(guān)鍵科學(xué)問題近日迎來突破性解答。

近日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、基因功能研究與操控全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、生命科學(xué)聯(lián)合中心王偉團(tuán)隊(duì)，在Molecular Plant 期刊上在線發(fā)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(zhì)谷胱甘肽化修飾與應(yīng)激顆粒（Stress Granule，SG）的雙向協(xié)同調(diào)控機(jī)制，不僅破解了細(xì)胞氧化平衡難題，更重新定義了SG的作為無膜細(xì)胞器整體的生物學(xué)新功能。

王偉課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，在 水楊酸（Salicylic Acid，SA）誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激條件下，細(xì)胞會(huì)大量形成由RNA與蛋白組成的SG，這類無膜細(xì)胞器可招募mRNA及翻譯相關(guān)元件，從而調(diào)控應(yīng)激狀態(tài)下的細(xì)胞翻譯水平[4]。在此基礎(chǔ)上，作者進(jìn)一步觀察到，SG同時(shí)富集了大量與GSH合成及代謝相關(guān)的酶及蛋白，提示其可能參與細(xì)胞氧化還原調(diào)控。

為進(jìn)一步深入研究SG的功能和GSH調(diào)控的細(xì)胞內(nèi)氧化還原關(guān)系，作者開發(fā)了基于激活型熒光探針的點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)谷胱甘肽化修飾的活體成像技術(shù)（Click-activated metabolic Labeling and imaging of glutathionylation，CamLog）。該技術(shù)無需轉(zhuǎn)入外源基因，可實(shí)現(xiàn)天然生理?xiàng)l件下谷胱甘肽化修飾蛋白的動(dòng)態(tài)可視化。借助CamLog技術(shù)，作者成功在擬南芥根部觀察到SA誘導(dǎo)形成的谷胱甘肽化蛋白凝聚體。

接著作者通過SG標(biāo)志蛋白共定位、SG富集蛋白的谷胱甘肽化修飾與質(zhì)譜鑒定，證實(shí)了這些凝聚體是SG的核心組成部分。機(jī)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(huì)削弱蛋白的LLPS能力。SA誘導(dǎo)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(huán)境中維持LLPS活性，進(jìn)而促進(jìn)SG組裝。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，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(qū)動(dòng)SG組裝的關(guān)鍵分子基礎(chǔ)。

隨后作者揭示了SG的雙重調(diào)控機(jī)制。作為無膜細(xì)胞器，一方面SG能在氧化態(tài)細(xì)胞質(zhì)中構(gòu)建還原性微環(huán)境，對翻譯相關(guān)蛋白進(jìn)行隔離保護(hù)，從而抑制氧化誘導(dǎo)的蛋白降解。例如突變SG標(biāo)記蛋白R(shí)BP47B發(fā)生谷胱甘肽化修飾的半胱氨酸位點(diǎn)，不僅降低了其流動(dòng)性，還抑制了植株對SA響應(yīng)。另一方面，SG招募GSH生物合成的限速酶GSH1，通過抑制細(xì)胞質(zhì)中的GSH合成，維持應(yīng)激狀態(tài)下的適度氧化水平，保障氧化信號(hào)通路的正常激活（圖3）。

圖3. SG與谷胱甘肽化修飾協(xié)同作用，塑造出氧化還原電勢的空間異質(zhì)性分布

綜上，這一發(fā)現(xiàn)重新定義了SG作為無膜細(xì)胞器的整體性生物學(xué)功能，表明SG并不僅僅只是應(yīng)激條件下的翻譯調(diào)控場所，也是主動(dòng)調(diào)控細(xì)胞抗氧化能力的核心樞紐。同時(shí)，SG與谷胱甘肽化修飾協(xié)同作用塑造的細(xì)胞質(zhì)中氧化還原電勢異質(zhì)性，打破了人們對細(xì)胞抗氧化機(jī)制的傳統(tǒng)認(rèn)知，為重新理解細(xì)胞抗氧化機(jī)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(lǐng)域持續(xù)產(chǎn)出重磅成果，先后在Nature Plants，2023[4]；Molecular Cell，2024 [5]；Molecular Plant，2025發(fā)表系列論文，系統(tǒng)解析了SG的功能和形成機(jī)制，其研發(fā)的技術(shù)方法與提出的理論模型，為該領(lǐng)域研究提供了重要指導(dǎo)。

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、基因功能研究與操控全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、生命科學(xué)聯(lián)合中心王偉研究員為論文通訊作者。北京大學(xué)博士后趙帥（已出站，現(xiàn)就職于首都師范大學(xué)）、博士后謝周麗（已出站，現(xiàn)就職于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)）和在讀博士生陳効遠(yuǎn)為該論文的共同第一作者；首都師范大學(xué)周冕研究組參與了本研究。本研究得到了國家自然科學(xué)基金、基因功能研究與操控全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、生命科學(xué)聯(lián)合中心、首都師范大學(xué)、北京市自然科學(xué)基金、北京市科技新星計(jì)劃和海外交流引進(jìn)博士后等項(xiàng)目的資助。

該論文的共同第一作者謝周麗副教授現(xiàn)就職于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)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(xì)胞器和相變調(diào)控作物非生物逆境脅迫機(jī)理；2. SG穩(wěn)態(tài)與作物逆境脅迫間的關(guān)系和生物學(xué)意義；3. 植物納米生物學(xué)在作物逆境脅迫中的應(yīng)用。更多課題組信息詳見：

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

參考文獻(xiàn)：

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