蛋白质翻译后修饰（Protein post-translational modifications, PTM）是指蛋白质主干链或氨基酸侧链上共价键的断裂或生成，也称为共价修饰。这种修饰扩展了20种天然氨基酸的化学组成和信息，在各个方面对蛋白质产生重大影响，包括活性、稳定性、功能、结构、定位、运输、信号转导及其与伴侣生物分子之间相互作用的模式等。因此，大量的PTMs使细胞产生了不同分子状态的蛋白质类型，是生物体复杂性的重要基础。
大多数PTMs是动态可逆的，其添加和去除通常由酶调节的。PTMs可以发生在蛋白质“生命周期”的各个阶段：新的蛋白质可以在合成后立即进行修饰，以介导其折叠成正确的结构，而稳定的蛋白质则在响应刺激时进行修饰，以触发或阻断下游信号通路。PTMs过程分为一般以下几类：
1. 在氨基酸侧链上添加修饰物质，如小化学物质和复杂的生物分子。小化学物质如磷酸盐、糖、甲基和乙酰基等，通常是亲电物质。复杂生物分子则包括脂质、碳水化合物和肽链等，一般通过酶的作用添加到氨基酸侧链上。接受修饰物质的氨基酸侧链通常富含电子，在修饰过程中充当亲和试剂，如赖氨酸和半胱氨酸侧链；
2. 氨基酸的化学性质发生变化，如脱氨基、脱酰胺、瓜氨酸化、氧化还原修饰等。如s-亚硝基化（SNO）和谷胱甘肽化；
3. 蛋白质主干的断裂，这一过程可以通过酶催化或蛋白质自催化进行，对蛋白质定位、蛋白质活性和蛋白质周转至关重要。
在自然界中，基因序列在进化时间尺度上进行快速变化显然不适合生物体的发育和生存。但避开了基因限制的PTMs则可以根据发育和生理时间尺度的需要，动态地改变氨基酸的性质，最终改变细胞的表型和生物学功能，并参与许多细胞活动的调节，如细胞周期、细胞分化、转录调节、细胞代谢、免疫、信号转导和自噬等。除了参与机体正常的生理过程外，越来越多的研究表明PTM异常可引起蛋白质性质的改变和蛋白质生物学功能的丧失，直接参与疾病的发生发展。例如，Tau蛋白过度磷酸化通常会导致神经退行性疾病，如阿尔茨海默病（AD）；神经系统中突变亨廷顿蛋白（HTT）的低棕榈酰化导致神经毒性增加和更容易聚集形成，这可能诱发亨廷顿病（HD）；蛋白乙酰化是胰岛素敏感性和代谢的关键调节因子，SIRT1的过表达可以改善胰岛素敏感性、葡萄糖耐量和肝脏脂肪变性；在癌症中，许多信号通路处于持续激活状态，主要通过不同蛋白的可逆磷酸化级联进行，如MAPK、JAK/STAT、PI3K/AKT信号通路；此外，肿瘤抑制因子的持续泛素化导致蛋白质降解和功能丧失，也促进了各种肿瘤的发展。
目前，已有超过650种类型的PTM被发现，其中常见的类型包括磷酸化、乙酰化、甲基化、泛素化、糖基化、半胱氨酸氧化、SUMO酰化、棕榈酰化等，且新型PTM还在持续被挖掘。基于PTMs本身的特点及高通量组学技术与高灵敏质谱技术的不断更新完善，PTMs相关研究已经成为文章增色的不二选择，那作为入门级选手，如何快速了解PTMs的研究思路呢？
一个基于生物质谱的经典修饰组学研究思路一般包括以下几个部分：
1. 富集修饰肽段：提取蛋白混合物并酶解成多肽混合物，富集修饰肽段；
2. 质谱检测：利用质谱方法既可通过检测氨基酸残基上的分子质量偏移值确定翻译后修饰的类型，又可根据多肽在二级质谱中的裂解碎片推断修饰的精确位点；
3. 生物信息学分析：利用数据库进行数据检索，进行差异的修饰蛋白分析；
4. 体外功能及表型验证：利用蛋白突变体、敲低（KD）/敲除（KO）、抑制剂等传统生物学方法进行体外功能实验；
5. 体内功能及表型验证：确定表型的作用机制，探究互作的结构域、基序及修饰的位点对酶或底物作相应的突变或重组，进行体内验证。
PTMs是调控蛋白质功能和生物学过程的重要机制，相关深入研究对揭示生命活动的机理、筛选疾病的临床标志物、鉴定药物靶点等方面都具有重要意义。本期内容主要带大家了解PTM的定义、研究现状及大概研究思路。后续将会持续针对不同的PTM类型发生过程及研究方法做具体的介绍，感兴趣的小伙伴可以持续关注~
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