纳米孔方法 PALM-Scan 实现蛋白 S-棕榈酰化单分子位点检测

蛋白质 S-棕榈酰化是一种可逆的脂质修饰，由 DHHC 家族转移酶安装、由酰基蛋白硫酯酶如 APT2 去除，调控膜结合、亚细胞定位和细胞信号等多个层面的功能 ^[1,4]。其可逆性使膜蛋白能够在不同膜区室间动态穿梭 ^[1]，并在多种生理和病理过程中发挥关键作用——例如 STAT3 在 Cys108 上的棕榈酰化-去棕榈酰化循环推动 TH17 分化和结肠炎 ^[4]，gasdermin D 的 Cys191 棕榈酰化是其成孔所必需 ^[7]。然而对这一修饰的检测长期以来主要依赖间接手段：基于 17-ODYA 等生物正交探针的原位标记与点击化学 ^[2]，或与 SILAC 联用的脉冲追踪以刻画周转 ^[3]，这些方法本质上是群体平均读出，需要事先富集，且难以分辨同一蛋白分子上修饰状态的异质性；其他基于半胱氨酸反应性珠子捕获棕榈酰化蛋白的策略，同样无法在同一读出中区分单修饰与双修饰等不同状态 ^[8]。

纳米孔单分子检测为蛋白翻译后修饰的直接读取提供了新路径。此前已有工作展示可在单分子、单肽水平上识别磷酸基团修饰 ^[5]，而经过工程改造的 MspA 异八聚体结合 Ni²⁺ 修饰，则在机器学习辅助下可区分全部 20 种氨基酸和若干代表性修饰残基 ^[6]。本论文正是在这一技术脉络上，针对 S-棕榈酰化建立了 PALM-Scan（基于纳米孔的无标签监测与特征捕获的棕榈酰化分析）平台。作者使用工程化的 M2-MspA 纳米孔，将 S-棕榈酰化肽段的物理化学特征直接转导为数字化的电信号，由此实现与序列无关的 S-棕榈酰化识别，并可在同一读出中同时区分 S-棕榈酰化与 S-亚硝基化、S-谷胱甘肽化等其他半胱氨酸定向修饰，整个流程无需探针或富集。

在转化层面，作者以疾病相关的生物标志物肽段为模型——包括小鼠 beclin-1（BECN1）和胶质纤维酸性蛋白（GFAP）来源的肽段——证明 PALM-Scan 能在复杂混合物中识别并区分 S-棕榈酰化亚群，且所需样品量极低。该平台将无标签操作、单分子分辨与多重区分能力集成于同一通道，为在接近真实样本的场景中追踪 S-棕榈酰化动态提供了新工具。

相对此前依赖探针与富集的间接检测 ^[2,3] 以及针对其他修饰类型的单分子工作 ^[5,6]，PALM-Scan 的推进在于把半胱氨酸脂质修饰的直接电学读取与多重修饰的并行区分结合在了一起，并仅需极小样品。但目前的演示仍限于选定肽段和特定生物标志物，平台在全蛋白质组覆盖能力、对低丰度内源肽段的灵敏度，以及在真实生物样本复杂基质中的稳定性等方面，仍有待进一步评估。