基于硫巰基化的硫化氫信號分子作用新途徑

李小二，陳宏艷，李忠光

(云南師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 生物能源持續(xù)開發(fā)利用教育部工程研究中心 云南省生物質(zhì)能與環(huán)境生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,昆明 650500)

18世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的硫化氫(hydrogen sulfide,H2S) 長期以來被認(rèn)為是一種有毒的氣體分子[1]。在二疊紀(jì)末期，由于火山爆發(fā)及海洋中厭氧綠色硫細(xì)菌的大量繁殖，向地球釋放H2S，可能是導(dǎo)致95%的海洋生物和70%陸生生物滅絕的主要原因之一[2]。此外，由于H2S對含有亞鐵離子的蛋白質(zhì)如血紅蛋白、肌紅蛋白、細(xì)胞色素氧化酶、過氧化氫酶(catalase,CAT)等有很高的親和力，抑制它們的活性，故可導(dǎo)致細(xì)胞代謝的紊亂，甚至細(xì)胞死亡[3]。在植物中，H2S的毒性還表現(xiàn)在抑制根系對磷的吸收、光合作用中氧的釋放和植物生長，以及促進(jìn)葉片的損傷與脫落[4]。

而今，人們發(fā)現(xiàn)H2S可在植物體內(nèi)合成并發(fā)揮諸多生理效應(yīng)[5]，已被公認(rèn)是一種新的信號分子[6]。因此，H2S在植物中的研究熱點(diǎn)，已從毒害效應(yīng)轉(zhuǎn)向信號分子。研究表明，H2S參與種子萌發(fā)、幼苗建成、植物生長、生殖和響應(yīng)逆境脅迫[3,6]。H2S作為信號分子，可獨(dú)立地或與其他信號分子如鈣離子(calcium ion,Ca2+)、活性氧(reactive oxygen species,ROS)、一氧化氮(nitric oxide,NO)、甲基乙二醛(methylglyoxal,MG)和植物激素的交互作用，調(diào)節(jié)許多植物生理過程[7-10]。此外，H2S可觸發(fā)一種新的翻譯后修飾蛋白質(zhì)硫巰基化(protein S-sulfhydration)，也稱過硫化(persulfidation)或硫化作用(sulfuration)。蛋白質(zhì)硫巰基化是H2S作為信號分子，是發(fā)揮其生理功能的主要作用方式[11]。

H2S可硫巰基化自身的及信號分子ROS、NO、糖和植物激素的代謝和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵酶(包括蛋白)[12]，繼而成為H2S與這些信號分子交互作用的主要途徑。目前，植物中關(guān)于H2S信號的綜述，主要側(cè)重于其理化性質(zhì)、合成與分解代謝，以及其在植物生長發(fā)育與響應(yīng)逆境脅迫中的作用[1-4,6]，而闡明H2S通過蛋白質(zhì)硫巰基化修飾與其他信號分子交互作用的綜述鮮有報(bào)道。因此，本文綜述了基于H2S觸發(fā)的信號分子的代謝酶和信號蛋白的硫巰基化的最新研究進(jìn)展，歸納了H2S通過硫巰基化的自我放大，以及與ROS、NO、糖和植物激素的交互作用。目的是提出H2S通過硫巰基化與ROS、NO、糖和植物激素信號的交互作用的關(guān)鍵點(diǎn)。

1 植物中蛋白質(zhì)硫巰基化修飾

蛋白質(zhì)(包括酶)的巰基(sulfhydryl group,-SH)可被H2S修飾，產(chǎn)生硫巰基化的蛋白(P-SSH)，此過程稱為蛋白質(zhì)硫巰基化修飾[11-12]。此外蛋白質(zhì)巰基也可被ROS(主要是H2O2)氧化，產(chǎn)生次磺酸(sulfenic aicd,-SOH)、亞磺酸(sulfinic acid,-SO2H)或磺酸(sulfonic acid,-SO3H)，分別稱為次磺?；?、亞磺酰化和磺?；揎梉13](圖 1)。蛋白質(zhì)巰基也可被NO氧化，形成亞硝基化的蛋白(-SNO)，此過程稱為亞硝基化作用(nitrosylation)或亞硝化作用(nitrosation)，也是一種翻譯后修飾[14]。同時(shí)，蛋白質(zhì)巰基也可被谷胱甘肽(glutathione,GSH)修飾，產(chǎn)生谷胱甘肽化的蛋白(-SSG)。此過程稱為蛋白質(zhì)的谷胱甘肽化(glutathionylation)[12]。谷胱甘肽化的蛋白可被H2S轉(zhuǎn)變?yōu)閹€基化的蛋白[11]。硫巰基化的蛋白也可被ROS進(jìn)一步氧化，形成過硫次磺酸(perthiosulfenic acid,-SSOH)、過硫亞磺酸(perthiosulfinic acid,-SSO2H)或過硫磺酸(perthiosulfonic acid,-SSO3H)[12]。

次磺酰化(-SOH)和亞硝基化(-SNO)的蛋白可進(jìn)一步被H2S修飾，還原為硫巰基化的蛋白 (-SSH)[12]。此外，次磺酰化(-SOH)的蛋白也可與另一蛋白的巰基反應(yīng)，產(chǎn)生蛋白間二硫鍵(disulfide bond,-S-S-)[14](圖1)。在這些翻譯后修飾中，過硫次磺酸(-SSOH)、過硫亞磺酸(-SSO2H)、過硫磺酸(-SSO3H)和二硫鍵(-S-S-)可被硫氧還蛋白(thioredoxin,Trx)還原為巰基(SH)[14]。然而，被ROS氧化產(chǎn)生的次磺酸(-SO2H)和亞磺酸(-SO3H)不能被其他還原劑或酶還原為巰基。為了避免造成細(xì)胞代謝紊亂，這些氧化的蛋白可通過蛋白酶體降解[15]。此外，被ROS氧化產(chǎn)生的次磺酸(-SO2H)和亞磺酸(-SO3H)可導(dǎo)致蛋白構(gòu)象和活性的改變，蛋白質(zhì)硫巰基化修飾可能對含有巰基的蛋白(包括酶)起保護(hù)作用，避免被ROS的氧化和維持細(xì)胞氧化還原平衡。

圖1 植物中硫巰基化修飾與其他翻譯后修飾的交互作用Figure 1 Interaction between S-sulfhydration and other posttranslational modifications in plants

與H2S相比，硫烷硫(sulfane sulfur,SS)如二硫化氫(hydrodisulfides,H2S2)、聚硫化物(polysulfides,R-Sn-R)、聚硫化氫(hydrogen polysulfides,H2Sn)和無機(jī)過硫化物硫代硫酸鹽等，更易觸發(fā)蛋白質(zhì)硫巰基化修飾[16]。SS屬于活性硫(reactive sulfur species,RSS)，它可能既是H2S的前體，也是H2S的代謝產(chǎn)物。SS作為信號分子，調(diào)節(jié)植物的生長、發(fā)育和響應(yīng)逆境[17]。在擬南芥中，在不同的生長發(fā)育時(shí)期，內(nèi)源SS的水平也不一樣，SS水平的高低與植物生長速率呈正相關(guān)[18]。這也從一個(gè)側(cè)面暗示SS作為信號分子促進(jìn)植物的生長發(fā)育。

H2S、ROS、NO和GSH所引發(fā)的翻譯后修飾，對靶蛋白產(chǎn)生不同的效應(yīng)，有的蛋白被活化，稱為正效應(yīng)；有的蛋白被鈍化，稱為負(fù)效應(yīng)；有的蛋白沒有顯著影響，稱為零效應(yīng)[11,14]。

2 植物中基于硫巰基化的H2S與其他信號分子的交互作用

如上所述，H2S作為一種新的信號分子，能通過不同信號途徑與Ca2+、H2O2、NO、MG和植物激素發(fā)生交互作用，繼而調(diào)節(jié)植物的耐逆性如耐熱性、耐冷性、耐鹽性、耐旱性、耐澇性和重金屬脅迫耐性[9-10,19-20]。有研究從藥理學(xué)、分子生物學(xué)和生理生化等方面，闡明了H2S與上述信號分子的交互作用[3,6,21]，這里不再贅述。此部分內(nèi)容主要討論H2S信號通過對其代謝酶的硫巰基化修飾的自我放大，以及H2S通過硫巰基化修飾與ROS、NO、糖和植物激素等信號的交互作用(圖2)。

+和-分別表示促進(jìn)和抑制;↑和↓分別表示激活和鈍化。圖2 植物中基于硫巰基化的硫化氫信號的自我放大及硫化氫與活性氧、一氧化氮、糖和植物激素信號的交互作用Figure 2 S-sulfhydration-based hydrogen sulfide (H2S) signaling self-amplificationand interaction between H2S and reactive oxygen species,nitric oxide,sugar,plant hormone in plants

2.1 H2S信號的自我放大

植物中H2S可通過酶促途徑和非酶促途徑產(chǎn)生，而前者是保持植物細(xì)胞中H2S穩(wěn)態(tài)的主要的、可控的途徑[3,10]。在酶促途徑中，定位于不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的L-半胱氨酸脫巰基酶(L-cysteine desulfhydrase,LCD)、D-半胱氨酸脫巰基酶(D-cysteine desulfhydrase,DCD)、半胱氨酸脫巰基酶1(cysteine desulfhydrase1,DES1)、O-乙酰絲氨酸(硫醇)裂解酶(O-acetylserine (thiol) lyase,OASTL)、固氮酶鐵硫簇(nitrogenase Fe-S cluster,NFS)、β-氰丙酸合成酶(β-cyanoalanine synthase,CAS)、半胱氨酸合成酶(cysteine synthetase,CYS)和碳酸酐酶(carbonic anhydrase,CA)是H2S合成的關(guān)鍵酶。它們分別以半胱氨酸(cysteine,Cys)或硫化碳(carbonyl sulfide,COS)為底物，合成H2S[6]。通常，H2S產(chǎn)生酶的活性，特別是DES1，可通過轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工、翻譯和翻譯后修飾等方式來調(diào)控。如上所述，蛋白質(zhì)硫巰基化是一種新發(fā)現(xiàn)的、重要的翻譯后修飾，它可通過對修飾活性位點(diǎn)的半胱氨酸巰基，調(diào)節(jié)靶蛋白的構(gòu)象、活性、穩(wěn)定性和亞細(xì)胞定位，繼而調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝[10]。此外，SS可能是H2S的前體，當(dāng)還原劑存在時(shí)，可釋放H2S[17]。在老鼠大腦中，在還原劑硫辛酸存在下，3-巰基丙酮酸硫基轉(zhuǎn)移酶(3-mercaptopyruvate sulfurtransferase,MST)的催化下，SS可釋放H2S[22]。在擬南芥中，硫巰基化的MST也可用GSH作為還原劑，產(chǎn)生H2S[18]。除了酶促途徑外，植物細(xì)胞也可通過脫硫作用、含硫化合物途徑、葡萄糖途徑等非酶促途徑產(chǎn)生H2S[2]。

H2S產(chǎn)生酶DES1可被H2S硫巰基化修飾，繼而激活它的活性，產(chǎn)生更多的H2S，從而實(shí)現(xiàn)H2S信號的自我放大，或稱為H2S誘導(dǎo)的H2S爆發(fā)(H2S-induced H2S burst)[11,23-24](圖2)，類似于Ca2+誘導(dǎo)的Ca2+爆發(fā)[25]。例如，在擬南芥保衛(wèi)細(xì)胞中，DES1是H2S產(chǎn)生的關(guān)鍵酶，植物激素脫落酸(abscisic acid,ABA)能通過激活DES1而誘導(dǎo)H2S的積累，繼而觸發(fā)DES1活性位點(diǎn)Cys44和Cys205巰基的硫巰基化，進(jìn)一步激活該酶的活性，產(chǎn)生更多的內(nèi)源H2S，最終通過ROS信號途徑導(dǎo)致氣孔關(guān)閉[24]。最近，Moseler等[26]發(fā)現(xiàn)，MST也可被3-巰基丙酮酸(3-mercaptopyruvate,MP)硫巰基化，繼而調(diào)節(jié)它的活性和H2S的產(chǎn)生。此外，運(yùn)用蛋白組學(xué)和免疫化學(xué)手段也初步發(fā)現(xiàn)，擬南芥中的H2S產(chǎn)生酶LCD、DCD、OASTL、NFS、CA、CAS和CYS也可被H2S硫巰基化修飾[11,23]，但具體的機(jī)制尚未清楚。

2.2 與ROS信號的交互作用

ROS類似于Ca2+、NO、H2S和MG，具有細(xì)胞毒害劑和信號分子的雙重作用[27]。在植物中，ROS也可通過酶促途徑和非酶促途徑[如米勒反應(yīng)(Mehler reaction)、光合電子傳遞、呼吸電子傳遞等]產(chǎn)生[27]。細(xì)胞中ROS的穩(wěn)態(tài)可通過精密地調(diào)控它們的產(chǎn)生和清除來實(shí)現(xiàn)。ROS產(chǎn)生的關(guān)鍵酶NDAPH氧化酶(NADPH oxidase,NOX)可產(chǎn)生超氧陰離子自由基，繼而通過超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)的催化作用或歧化作用(dismutation)轉(zhuǎn)變?yōu)镠2O2。因此，NOX在植物細(xì)胞ROS平衡和ROS信號引發(fā)中起著積極的作用。ROS清除酶CAT、抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)和過氧化物酶(peroxidase,POD)也在細(xì)胞ROS穩(wěn)態(tài)中扮演重要角色[27]。在擬南芥植物中，NOX活性位點(diǎn)的Cys825和Cys890上的巰基可被H2S硫巰基化修飾，繼而提高該酶的活性，促進(jìn)ROS的合成，最終導(dǎo)致氣孔關(guān)閉[24]。

CAT活性位點(diǎn)Cys234上的巰基也可被H2S硫巰基化修飾，繼而抑制該酶的活性，導(dǎo)致H2O2的積累而引發(fā)H2O2信號[28]。相反，APX活性位點(diǎn)Cys168和POD活性位點(diǎn)半Cys46和Cys61上的巰基，也可被H2S硫巰基化修飾，提高它們的活性，最終削弱內(nèi)源H2O2和H2O2信號[11](圖2)。這些結(jié)果表明，ROS信號可被H2S通過對NOX、APX、POD和CAT的硫巰基化作用而調(diào)控，也就是說ROS信號可被H2S放大或削弱。

2.3 與NO信號的交互作用

NO也可通過酶促和非酶促途徑(光合電子傳遞和呼吸電子傳遞中亞硝酸鹽還原為NO)在植物細(xì)胞中合成[29]。在酶促途徑中，硝酸還原酶(nitrate reductase,NR；也是氮代謝的關(guān)鍵酶)、NO合成酶(NO synthetase,NOS；在藻類中已發(fā)現(xiàn)其基因，但在高等植物中沒有發(fā)現(xiàn))和NOS類似蛋白(NOS-like)是NO合成的關(guān)鍵酶[30]。Zhou等[31]報(bào)道在水稻中超表達(dá)LCD可提高LCD活性，產(chǎn)生更多的內(nèi)源H2S，繼而導(dǎo)致NR的硫巰基化和活性抑制，最終通過調(diào)控氮代謝而提高植物的耐旱性。此外，這些生理效應(yīng)也可被外源H2S處理所誘發(fā)[31]。因?yàn)镹R也是NO合成的關(guān)鍵酶，所以這個(gè)結(jié)果也從另一個(gè)方面暗示H2S對NO信號的調(diào)控。然而，H2S對NR的硫巰基化位點(diǎn)需要進(jìn)一步闡明。ROS代謝酶NOX、CAT和APX除了可被H2S硫巰基化修飾外，它們也可被NO進(jìn)行亞硝基化修飾[11,14]。亞硝基化抑制了NOX、CAT和APX的活性，暗示了NO和ROS (主要是H2O2)信號的交互作用[14]。同時(shí)，亞硝基化的NOX、CAT和APX可被H2S轉(zhuǎn)化為硫巰基化的蛋白，繼而增加NOX和APX的活性，抑制CAT活性[32]。這些研究也說明，H2S和NO信號通過蛋白質(zhì)硫巰基化作用而進(jìn)行交互作用，或者說蛋白質(zhì)硫巰基化作用是H2S-NO交互作用的關(guān)鍵點(diǎn)。

2.4 與糖信號的交互作用

糖(主要是葡萄糖和蔗糖)不僅是碳源、能源和多糖的構(gòu)建模塊，也是植物信號分子。糖代謝是細(xì)胞代謝的樞紐，在種子萌發(fā)、出苗、植物生長、發(fā)育和響應(yīng)逆境中起著關(guān)鍵作用[33]。糖代謝主要包括糖酵解[glycolysis，也稱EMP途徑(Embden-Meyerhof-Parnas pathway)]、三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle,TCA)、磷酸戊糖途徑(pentose phosphate pathway,PPP)和卡爾文循環(huán)(Calvin-Benson cycle)。在EMP-TCA途徑中，甘油醛3-磷酸脫氫酶(glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase,GAPC)、丙酮酸脫氫酶(pyruvate dehydrogenase,PDH)、乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase,LDH)、NADP-蘋果酸酶(NADP-malic enzyme,ME)、NADP-異檸檬酸脫氫酶(NADP-isocitrate dehydrogenase,ICDH)和蘋果酸脫氫酶(malate dehydrogenase,MDH)是限速酶。在卡爾文循環(huán)中，1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶(ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase,Rubisco)是光合作用將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)樘堑年P(guān)鍵酶[33]。

在擬南芥植物中，細(xì)胞質(zhì)中的GAPC核定位和活性，可被H2S通過硫巰基化活性位點(diǎn)Cys156所加強(qiáng)[34]，繼而硫巰基化的GAPC進(jìn)入細(xì)胞核，與轉(zhuǎn)錄因子核因子Y亞單位C10(factor nuclear factor Y subunit C10,NF-YC10)結(jié)合，最終促進(jìn)熱脅迫響應(yīng)基因表達(dá)，提高擬南芥的耐熱性[35]。如上所述，GAPC是EMP途徑的關(guān)鍵酶，通過H2S硫巰基化增強(qiáng)的活性可促進(jìn)糖代謝，繼而降低細(xì)胞糖水平，削弱糖信號及維持能量平衡。此外，免疫化學(xué)和蛋白組學(xué)手段證實(shí)，糖代謝的其他關(guān)鍵酶LDH、MDH和PDH也能被H2S進(jìn)行硫巰基化，繼而提高它們的活性和促進(jìn)糖代謝[11,36]。相反，H2S也可通過硫巰基化抑制ME和ICDH的活性，繼而削弱糖代謝，提高胞內(nèi)糖水平和引發(fā)糖信號，重新調(diào)解能量平衡[36]。然而，這些酶的確切硫巰基化位點(diǎn)需要進(jìn)一步用質(zhì)譜分析法確定。GAPC的活性位點(diǎn)Cys160也可被NO進(jìn)行亞硝基化修飾，繼而抑制它的活性，而亞硝基化的GAPC又可被H2S硫巰基化修飾恢復(fù)其活性[36]，進(jìn)一步支持H2S與NO信號的交互作用。這些研究結(jié)果暗示，植物細(xì)胞糖水平受H2S觸發(fā)的硫巰基化修飾調(diào)控，也就是H2S通過硫巰基化與糖信號交互作用。

2.5 與激素信號的交互作用

植物激素如ABA、乙烯(ethylene,ETH)和褪黑素(melatonin,MEL)，是植物整個(gè)生活史的關(guān)鍵調(diào)解者。它們不僅調(diào)解細(xì)胞分裂和分化，也調(diào)解植物的生長發(fā)育和響應(yīng)逆境[37]。植物激素通常通過它們的受體和下游信號蛋白發(fā)揮作用。如ABA可通過它的受體帕雷巴克汀抵抗蛋白/ABA受體調(diào)節(jié)組分(pyrabactin resistance/regulatory component of ABA receptor,PYR/RCR)發(fā)揮作用。當(dāng)ABA與PYR/RCR結(jié)合時(shí)，繼而抑制蛋白磷酸酶2C(protein phosphatase 2C,PP2C)的活性。PP2C的抑制繼而激活蔗糖非發(fā)酵相關(guān)蛋白激酶(sucrose non-fermenting related protein kinase,SnRK)，最終通過磷酸化激活下游的信號蛋白，進(jìn)一步傳遞ABA信號[38]。此外，1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸合成酶(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid synthetase,ACS)和1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸氧化酶(1-aminocyclopropane- 1-carboxylic acid oxidase,ACO) 是ETH合成的限速酶[37,39]。此外，5-羥色胺N-乙酰轉(zhuǎn)移酶(serotonin N-acetyltransferase,SNAT)和N-乙酰5-羥色胺甲基轉(zhuǎn)移酶(N-acetylserotonin methyltransferase,ASMT)是MEL合成的關(guān)鍵酶，維持細(xì)胞中MEL穩(wěn)態(tài)[40]。

在模式植物擬南芥中，ABA不敏感4(ABA insensitive4,ABI4)是ABA信號途徑中的重要轉(zhuǎn)錄因子，它的活性位點(diǎn)Cys250可被H2S硫巰基化，繼而能緊密地結(jié)合到DES1和促分裂原活化蛋白激酶的激酶的激酶18 (mitogen activated protein kinase kinase kinase18,MAPKKK18)的啟動子上，從而傳遞H2S和ABA信號，最終調(diào)節(jié)種子萌發(fā)、幼苗建成和氣孔運(yùn)動[13]。在番茄幼苗中，ETH能誘導(dǎo)內(nèi)源H2S產(chǎn)生，繼而硫巰基化ACO的活性位點(diǎn)Cys60，抑制它的活性和減少ETH的產(chǎn)生，響應(yīng)滲透脅迫[39]。此外，Chen等[38]報(bào)道擬南芥中SnRK2.6的活性位點(diǎn)Cys131和Cys137也能被H2S硫巰基化，實(shí)現(xiàn)ABA信號傳遞和ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉。最近，運(yùn)用免疫化學(xué)手段證實(shí)擬南芥中H2S能硫巰基化SNAT和ASMT，從而顯著增加它們的活性和MEL的水平，通過氣孔關(guān)閉來響應(yīng)滲透脅迫[40]。蛋白組學(xué)手段也初步證實(shí)，PYR/RCR、鈣依賴蛋白激酶(Ca2+-dependent protein kinase,CPK)和PP2C能被H2S硫巰基化，繼而增強(qiáng)PYR/RCR和CPK，抑制PP2C，導(dǎo)致氣孔關(guān)閉和改變其他生理過程[11]。這些結(jié)果表明，H2S通過硫巰基化至少與植物激素ABA、ETH和MEL交互作用。然而，SNAT、ASMT、PYR/RCR、CPK和PP2C的確切硫巰基化位點(diǎn)，需要進(jìn)一步闡明。

2.6 與其他信號分子的交互作用

植物CPK是解碼鈣信號的鈣結(jié)合蛋白成員之一，能被Ca2+活化[25]。如上所述，CPK能被H2S硫巰基化[24]，暗示H2S通過硫巰基化與鈣信號交互作用。Aroca等[11]報(bào)道擬南芥蛋白組中至少5%(大約2 015個(gè)蛋白)可能被H2S硫巰基化，這些蛋白涉及光受體向光素(phototropin,PHOT)、隱花色素(cryptochrome,CRY)和UV-B受體UV-B抵抗蛋白8(UV-B resistance 8,UVR8)，暗示H2S與光信號的交互作用，調(diào)控植物的光形態(tài)建成和氣孔運(yùn)動。此外，谷氨酸作為植物信號分子，谷氨酰胺合成酶能將它轉(zhuǎn)變?yōu)楣劝滨０穂41]，而谷氨酰胺可被H2S硫巰基化并抑制其活性[11]，繼而導(dǎo)致谷氨酸的積累，觸發(fā)谷氨酸信號。大約3.8% (1 537個(gè)蛋白)和2.3% (927個(gè)蛋白)的擬南芥蛋白組中的蛋白可被H2O2和NO氧化[11,32]。所以，翻譯后修飾硫巰基化、次磺?；蛠喯趸赡軗碛泄餐陌械鞍祝^而進(jìn)一步支持H2S、H2O2和NO在植物適宜條件和逆境脅迫下的交互作用。但是，上述蛋白的硫巰基化位點(diǎn)需要用質(zhì)譜分析法和免疫化學(xué)法進(jìn)一步確定。

此外，由MG、丙二醛、壬烯醛、丙烯醛等組成的活性羰基(reactive carbonyl species,RCS)，不僅是細(xì)胞毒害劑，也是信號分子[42]。Schreier等[43]首次報(bào)道H2S可能是壬烯醛的化學(xué)靶。他們發(fā)現(xiàn)H2S可保護(hù)壬烯醛對SH-SY5Y 神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的毒害作用及對壬烯醛相關(guān)蛋白的修飾，說明H2S是重要的羰基脅迫拮抗劑。在煙草中，ABA可誘導(dǎo)保衛(wèi)細(xì)胞中H2O2的積累，繼而增加內(nèi)源RCS水平，導(dǎo)致氣孔關(guān)閉[44]，暗示RCS參與植物干旱脅迫響應(yīng)。H2S也可通過ROS信號調(diào)節(jié)氣孔運(yùn)動[24]。在玉米幼苗中，MG能提高它們的耐熱性，且H2S在MG的下游發(fā)揮信號作用[9]。表明研究暗示H2S與RCS在植物逆境脅迫下的交互作用，但它們交互作用是否通過硫巰基化，尚未清楚。

3 結(jié)論與展望

越來越多的證據(jù)證實(shí)，低濃度的H2S作為一種新的信號分子，調(diào)節(jié)從種子萌發(fā)到器官衰老的整個(gè)生活史。通常，植物中的H2S通過引發(fā)下游的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑而發(fā)揮生理作用。多條植物信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑彼此交互作用，構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜而尚未解決的信號網(wǎng)絡(luò)。信號網(wǎng)絡(luò)能放大或削弱信號分子的作用，繼而調(diào)節(jié)與植物生長發(fā)育和響應(yīng)逆境相關(guān)的基因表達(dá)，從而改變生理生化過程和細(xì)胞代謝。近年來，研究發(fā)現(xiàn)植物中成百上千的蛋白可被H2S硫巰基化。硫巰基化由于產(chǎn)生別構(gòu)效應(yīng)，可改變靶蛋白的結(jié)構(gòu)、活性、穩(wěn)定性和亞細(xì)胞定位，從而調(diào)節(jié)植物細(xì)胞代謝。H2S觸發(fā)的蛋白質(zhì)硫巰基化，涉及許多信號分子如H2S、ROS、NO、糖和植物激素的代謝酶和信號蛋白，從而實(shí)現(xiàn)這些信號之間的交換作用。

雖然H2S通過硫巰基化與ROS、NO、糖和植物激素之間的信號交互作用已在生理和逆境條件下都被證實(shí)，但是涉及H2S觸發(fā)蛋白質(zhì)硫巰基化的許多科學(xué)問題需要進(jìn)一步解碼。蛋白組學(xué)和免疫化學(xué)手段初步證實(shí)信號分子代謝酶(如LCD、DCD、OASTL、NR、PDH、LDH、Rubisco、SNAT、ASMT等)和信號蛋白(如PYR/RCR、CPK、PP2C、PHOT、CRY、UVR8等)可被H2S硫巰基化，但具體的硫巰基化位點(diǎn)，尚未清楚。此外，信號分子H2S、ROS、NO、糖和植物激素(如生長素、赤霉素、細(xì)胞分裂素、油菜素內(nèi)脂、茉莉酸、水楊酸、獨(dú)腳金內(nèi)酯等)的其他代謝酶和信號蛋白是否可被H2S硫巰基化，也需要用蛋白組學(xué)、免疫化學(xué)、質(zhì)譜分析、基因突變等手段進(jìn)一步探索。