泛素化蛋白修饰
蛋白泛素化修饰
3分钟带您了解蛋白泛素化修饰人体细胞内蛋白质降解主要有两条途径：一种是在溶酶体内（一种具有“消化降解”功能的细胞器）通过ATP（体内直接供能分子）非依赖途径被降解，此途径主要降解外来的蛋白质，对蛋白质的选择性较差。
另一种是在蛋白酶体内，通过ATP依赖途径（需耗能），经过泛素化修饰后被降解。
此途径主要降解细胞内结构异常的蛋白质和短寿的蛋白质。
如果我告诉你真核生物80%～90%蛋白质的降解是由泛素-蛋白酶体降解途径(ubiquitin-pro-teasomepathway, UPP)介导的，而此途径是泛素化修饰蛋白最主要的去向，你是不是很好奇泛素化修饰到底是何方神圣？那小编就言简意赅、简明扼要的给大家介绍一下蛋白泛素化修饰。
泛素(Ub, ubiquitin)是一种普遍存在于真核细胞中的由76氨基酸残基组成的多肽。
一个或多个泛素分子能够在一系列酶的作用下共价连接至蛋白质底物上，形成泛素化修饰(ubiquitination)。
调控蛋白表达水平的重要机制，参与了几乎所有生命过程，是一种至关重要的翻译后修饰。
01在ATP供给能量的情况下，泛素激活酶E1将泛素分子活化。
02泛素激活酶E1将活化的泛素分子传递给泛素结合酶E2。
03泛素连接酶E3将结合E2的泛素连接到靶蛋白上。
图1. 泛素化修饰过程［1］泛素-蛋白酶体途径(UPP)20S催化核心与19S调节复合物结合形成26S蛋白酶体结构。
泛素标记的蛋白质与19S复合物结合，并在蛋白水解β亚基处降解。
19S亚单位与多泛素链结合，ATP展开蛋白质底物并将其转移到20S核心颗粒中。
蛋白质通过20S 中心，在那里被降解成25个氨基酸以下的小寡肽。
介导泛素非依赖性蛋白质降解。
图2. 蛋白酶体结构与蛋白质降解［1］泛素化修饰类型在泛素链中，泛素部分可通过其赖氨酸（Lys11、Lys27、Lys6、Lys29、Lys33、Lys63和Lys48）或N端蛋氨酸残基（Met1）结合。
泛素化修饰的名词解释
泛素化修饰的名词解释泛素化修饰是指一种生物学过程，通过此过程，泛素蛋白质被共价连接到其他蛋白质上，从而调控蛋白质的功能和命运。
泛素化修饰是细胞内最重要的形式之一，对于维持细胞内稳态、调控蛋白质水平、控制信号转导以及维持基因组稳定性等方面起着关键作用。
泛素化修饰过程涉及到三个不同的酶类：泛素激活酶（E1）、泛素连接酶（E2）以及泛素连接酶（E3）。
首先，泛素蛋白质在泛素激活酶的作用下被激活，并与泛素连接酶形成共价结合。
随后，泛素连接酶与目标蛋白质结合，并将泛素转移至目标蛋白质上。
最后，通过多个泛素蛋白质的连接，形成泛素链，从而标记目标蛋白质。
泛素修饰的方式主要有两种：单一修饰和多重修饰。
单一修饰是指一个目标蛋白质上只有一个泛素单元连接，而多重修饰则是指一个目标蛋白质上存在多个泛素单元连接。
这些不同的修饰方式可以调控不同的功能和过程。
泛素化修饰在细胞内发挥着多种重要的生物学功能。
首先，泛素化修饰可以通过调控蛋白质的降解来控制蛋白质稳定性。
例如，通过与泛素连接酶（E3）的特异性结合，目标蛋白质被泛素化修饰后，被识别并降解于蛋白酶体或蛋白酶体相关蛋白酶中。
其次，泛素化修饰还可以调控蛋白质的活性和功能。
泛素链的长度和位置决定了目标蛋白质的功能调控效果，例如表观遗传调控、DNA修复、细胞周期调控等。
还有一些特殊的泛素连接酶，如线粒体泛素连接酶等，参与能量代谢、细胞凋亡等功能的调控。
近年来，泛素化修饰的研究正在迅速发展，发现了越来越多的泛素连接酶及其底物。
这些发现为深入了解细胞信号传递、疾病发生与发展提供了新的线索。
一些疾病如癌症、神经退行性疾病和感染性疾病等，与泛素化修饰的异常紧密相关。
了解泛素化修饰的机制和调控网络，有望为疾病的治疗和干预提供新的思路和方法。
总结起来，泛素化修饰是一种生物学过程，通过将泛素蛋白质共价连接至其他蛋白质上，调控蛋白质的功能和命运。
泛素化修饰的方式有单一修饰和多重修饰，其功能涉及蛋白质降解、蛋白质活性调控以及疾病发生等方面。
质谱分析蛋白质修饰泛素化
百泰派克生物科技
质谱分析蛋白质修饰泛素化
泛素化修饰（Ubiquitylation）是真核生物中常见的蛋白质翻译后修饰方式，指小分子多肽泛素在相关酶的作用下通过级联反应以共价键连接在底物蛋白或目标蛋白的氨基酸残基上的过程。
泛素化修饰质谱分析就是利用质谱技术对泛素化修饰进行鉴定，包括泛素化修饰定性鉴定、泛素化位点鉴定以及泛素化水平鉴定等。
由于正常生理状态下泛素化水平较低，在进行质谱鉴定前，有必要对泛素化肽段进行分离富集，以提高泛素化肽段的丰度。
利用质谱技术分析泛素化蛋白质的大致流程为先将蛋白质酶解消化为小分子肽段，通过亲和色谱等技术对泛素化肽段进行分离富集，再利用质谱仪进行串联质谱分析，检测各肽段的分子质量。
与发生了泛素化修饰的肽段相比，没有发生泛素化修饰的肽段分子分子质量刚好增加了泛素分子的相对分子质量，以此作为依据可以对泛素化肽段或蛋白进行鉴定，再将初步鉴定为泛素化的肽段进行二级质谱分析，可以对其进行进一步的验证。
百泰派克生物科技使用Thermo公司最新推出的Obitrap Fusion Lumos质谱仪结合Nano-LC，为广大科研工作者提供泛素化翻译后修饰鉴定一站式服务，包括组蛋白泛素化测定、蛋白泛素化检测、定量泛素化蛋白组分析、泛素化定量蛋白组学研究等，您只需要将您的实验目的告诉我们并将您的样品寄给我们，我们会负责项目后续所有事宜，欢迎免费咨询。
蛋白质泛素化修饰的技术路线PPT课件
针对感染性疾病的治疗，一些研究关注利用泛素化系统来抑制病毒或细菌的复制。通过 调节泛素化修饰相关信号通路，可以抑制感染进程并改善疾病预后。
04
泛素化修饰的干预手段
药物干预
01
02
03
靶向药物
针对特定蛋白质的泛素化 修饰，开发靶向药物，以 调节蛋白质的稳定性、定 位或功能。
开发泛素化修饰相关药物
基于对泛素化修饰机制的理解，开发能够调节泛素化修饰的药物，用于治疗相关疾病。
THANK YOU
抑制酶活性
通过抑制泛素化修饰相关 酶的活性，调控蛋白质的 泛素化水平，进而影响其 生物学功能。
激活酶活性
激活泛素化修饰相关酶的 活性，增加特定蛋白质的 泛素化修饰，以调节其生 物学行为。
基因治疗
基因敲除
通过基因敲除技术，消除 与泛素化修饰相关的基因， 从而调控蛋白质的泛素化 状态。
基因过表达
过表达与泛素化修饰相关 的基因，增加特定蛋白质 的泛素化修饰，以调节其 生物学功能。
泛素化修饰在神经退行性疾病中的作用
泛素化修饰可以调控神经元的生长、突起和凋亡等过程。在神经退行性疾病中，异常的泛 素化修饰可能导致神经元功能障碍和死亡。
神经退行性疾病治疗中的泛素化修饰研究
针对神经退行性疾病的治疗，一些研究关注调节泛素化修饰相关信号通路。通过抑制某些 泛素化酶的活性或调节相关信号通路，可以延缓神经元死亡和疾病进展。
蛋白质泛素化修饰的技术路线ppt 课件
目录
• 泛素化修饰概述 • 泛素化修饰的检测技术 • 泛素化修饰相关疾病研究 • 泛素化修饰的干预手段 • 展望与未来研究方向
01
泛素化修饰概述
泛素化修饰的定义
备课素材：蛋白泛素化修饰 高中生物人教版必修1
蛋白泛素化修饰先看一道试题：泛素（Ub）是一种小分子蛋白质，大部分真核细胞都含有这种蛋白质。
泛素能与细胞中需要降解的蛋白质结合，这个过程被称为蛋白质泛素化，其过程如图1所示（E1、E2和B表示不同的酶分子，ATP脱去一个焦磷酸PPi形成AMP即腺苷—磷酸）。
泛素化蛋白被细胞内蛋白酶体识别，然后被水解。
泛素蛋白最后一个氨基酸是甘氨酸，这个氨基酸的羧基与需降解蛋白质多肽链内部R基团上的氨基脱水缩合。
泛素蛋白通过这种方式与需降解蛋白连接。
两个泛素蛋白之间的连接方式与这种方式相似，泛素蛋白第48个氨基酸是赖氨酸，这个氨基酸R基上的氨基与另一个泛素蛋白最后一位的甘氨酸的羧基脱水缩合，如此形成需降解蛋白与多个泛素的复合体（图2为甘氨酸和赖氨酸的化学结构式）。
被四个以上泛素标记的蛋白质会被蛋白酶体识别。
蛋白质会被蛋白酶体降解成短肽。
降解过程中，泛素也被水解下来，形成单个泛素蛋白，再用于另一个蛋白质分子的泛素化。
被泛素标记后，再被定向清除。
据此回答问题：（1）蛋白质泛素化过程是酶E1、E2、E3接力催化完成的。
其中______（填“E1”、“E2”或“E3”）酶具有多种类型，做出此判断的理由是______。
（2）绘图表示甘氨酸羧基与赖氨酸R基上的氨基脱水缩合后，所形成的物质的化学结构式______。
这一物质______（填“属于”或“不属于”）二肽。
（3）泛素降解途径在生物体生命活动过程中的意义是______（多选）。
A．降解细胞不需要的蛋白质B．调节细胞内蛋白质的种类和数量C．调整细胞功能D．利于细胞产生适应环境的定向变异解析：（1）蛋白质泛素化过程是酶E1、E2、E3接力催化完成的，由图可知，E3识别并结合带有泛素的E2和需降解蛋白，即E3需要识别各种空间结构不同的、需降解的蛋白质，所以与E1、E2相比，E3的空间结构应具有多样性。
（2）氨基酸生成二肽，就是两个氨基酸分子中与碳原子直接相连的氨基和羧基脱去一个水分子，故甘氨酸羧基与赖氨酸R基上的氨基脱水缩合后，所形成的物质不属于二肽，其化学结构式为。
蛋白质泛素化修饰的生物学作用及应用
蛋白质泛素化修饰的生物学作用及应用蛋白质泛素化修饰是一种常见的细胞后修饰过程，它通过将小分子泛素共价连接到特定蛋白质上，调控蛋白质的稳定性、功能、交互作用和代谢途径等。
泛素化修饰不仅在正常的细胞生理过程中起到关键作用，而且还与多种疾病的发生和发展密切相关，因此成为了当今生命科学领域研究的前沿热点。
泛素化修饰的机制和类型泛素化修饰的机制通常涉及三个蛋白质：泛素激活酶（E1）、泛素转移酶（E2）和泛素连接酶（E3）。
在这一过程中，E1首先将ATP分子与泛素结合，形成一个泛素-AMP复合物，然后将泛素转移至E2上，最后由E3催化将泛素连接到靶蛋白上。
泛素连接的方式有多种，最常见的是单泛素化和多泛素化。
单泛素化通常发生在靶蛋白的赖氨酸残基上，而多泛素化则是在已经泛素化修饰的泛素单元上进一步增加新的泛素单元。
此外，还有类泛素化修饰，如ISG15修饰、NEDD8修饰等，这些类似于泛素的小分子修饰也具有重要的生物学功能。
泛素化修饰的生物学作用泛素化修饰在细胞生理过程中起到重要作用，主要包括调节蛋白质的稳定性、功能和交互作用。
其中，与蛋白质稳定性相关的作用是最为重要和广泛的。
泛素化修饰通常会导致靶蛋白的降解和/或失活。
例如，泛素化修饰的靶蛋白可以被送入蛋白质酶体或蛋白质溶酶体进行降解，这对于调节细胞周期、细胞凋亡和免疫应答等过程至关重要。
此外，泛素化修饰还可以影响蛋白质的交互作用和功能。
例如，泛素化修饰的靶蛋白可以通过与其他泛素结合蛋白相互作用，调节复合物的组合和解离等过程。
泛素化修饰与疾病的关系随着对泛素化修饰的研究不断深入，越来越多的证据表明，泛素化修饰与多种疾病的发生和发展密切相关。
其中，最为突出和重要的就是与恶性肿瘤相关的研究。
在肿瘤细胞中，泛素化修饰系统异常激活会导致许多蛋白质的稳定性降低、代谢通路改变和信号通路异常激活等。
例如，在乳腺癌、前列腺癌和淋巴瘤等肿瘤中，靶向乳腺癌基因1（BRCA1）的泛素化修饰失常被认为是导致肿瘤发生的重要因素之一。
蛋白酶降解途径泛素化修饰
蛋白酶降解途径泛素化修饰引言：蛋白酶降解途径泛素化修饰是细胞内一种重要的蛋白质质量控制机制。
通过泛素修饰，细胞可以识别、定位和降解异常或需要调控的蛋白质。
本文将从泛素化修饰的定义、机制、作用和调控等方面进行详细阐述。
一、泛素化修饰的定义泛素化修饰是一种通过共价结合泛素蛋白和目标蛋白来调控细胞生理过程的修饰机制。
泛素是一种小分子蛋白质，由76个氨基酸残基组成，通过泛素化酶系统与目标蛋白结合。
泛素化修饰可以调控蛋白质的稳定性、定位、交互作用和功能。
二、泛素化修饰的机制泛素化修饰的机制主要包括泛素激活、泛素结合和泛素调节三个步骤。
首先，泛素激活酶将泛素与ATP结合形成泛素腺苷酸复合物，然后将泛素转移至泛素结合酶，最终泛素结合酶将泛素与目标蛋白共价结合。
这种泛素-蛋白质连接通过酯键或胺基酸残基之间的化学键形成。
泛素调节通过不同类型的泛素链（例如单一泛素链、多重泛素链和链特异性泛素链）的形成来调控目标蛋白的功能。
三、泛素化修饰的作用泛素化修饰具有多种作用，包括标记蛋白质降解、调控蛋白质定位和调节蛋白质功能等。
首先，泛素化修饰可以标记异常蛋白质，促使其通过蛋白骨架降解途径（如泛素-蛋白骨架降解途径）被降解。
其次，泛素化修饰可以调控蛋白质的定位，例如通过泛素化修饰调控蛋白质在细胞核、线粒体或内质网等亚细胞结构中的定位。
此外，泛素化修饰还可以调节蛋白质的功能，例如通过泛素化修饰调控转录因子的活性。
四、泛素化修饰的调控泛素化修饰的调控主要包括泛素化酶系统的调控和底物的选择性识别。
泛素化酶系统包括泛素激活酶、泛素结合酶和泛素连接酶等组分，它们共同协调完成泛素化修饰的过程。
底物的选择性识别是通过特定的结构域或序列来实现的，例如底物蛋白上的泛素结合结构域（例如UBA、UBD和UBZ结构域）可以与泛素结合酶结合以实现泛素化修饰。
结论：蛋白酶降解途径泛素化修饰作为一种重要的蛋白质质量控制机制，通过泛素化修饰可以调控蛋白质的稳定性、定位、交互作用和功能。
蛋白翻译后修饰-泛素化(1)
分子机制研究套路（二）蛋白翻译后修饰-泛素化课题：蛋白A调节蛋白B泛素化和降解的研究1．概念介绍：大多数蛋白均需进行翻译后修饰来扩增蛋白质组的数量，调节蛋白质的稳定性、分布和功能。
翻译后修饰包括磷酸化、泛素化、亚硝基化、氧化等等。
泛素化是在蛋白质翻译后,通过将泛素分子结合到靶蛋白上,形成多聚泛素链,带有多聚泛素链的靶蛋白可被26 S蛋白酶体识别、降解。
泛素是76个氨基酸的多肽片段，包含7个赖氨酸残基，允许同时发生聚泛素化反应。
在赖氨酸-48聚泛素化会导致其通过28S蛋白酶体降解。
然而赖氨酸-63可以改变细胞的功能，包括运输和DNA修复。
可见，单一的泛素化会依据其作用位点的不同而产生不同的结果。
它和泛素激活酶（E1）、泛素结合酶（E2）、泛素连接酶（E3）和蛋白酶体组成了泛素-蛋白酶体系统（Ubiquitin-Proteasome System，UPS）。
UPS是细胞内非溶酶体途径蛋白质降解通路，不仅降解变性、异常或起短暂作用的蛋白质，而且能降解转录因子、内膜蛋白和细胞周期蛋白等天然蛋白，对于维持蛋白质稳定状态、调节细胞程序性死亡和控制细胞周期等过程有重要的作用。
UPS还可作用于转录因子及体内的某些信号传导通路，并参与细胞凋亡、主要组织相容性复合体抗原递呈、细胞周期以及细胞内信号传导等多个细胞生理活动，对维持细胞正常生理功能具有重要意义。
2．示意图：图1 UPS的发生依赖于三种酶的参与。
E1通过硫酯键将E1酶半胱氨酸与泛素分子连接在一起，其能量来源于ATP水解作用；E2与泛素蛋白连接于激活的半胱氨酸位点；E3 负责将泛素化蛋白与靶蛋白结合在一起，3．研究思路：3.1 蛋白A降低蛋白B的表达量 (3)3.1.1 蛋白A介导蛋白B降解 (3)3.1.2 蛋白A降解蛋白B的特异性 (3)3.1.3 蛋白A介导蛋白B降解呈剂量依赖性 (3)3.1.4 蛋白A调节蛋白B稳定性 (4)3.2 蛋白A介导蛋白B降解位于蛋白酶体系统 (4)3.2.2 蛋白B降解位于蛋白酶体系统 (4)3.2.3 蛋白A介导蛋白B降解位于蛋白酶体系统 (5)3.3赖氨酸XXX位点为蛋白A介导蛋白B泛素化靶位点 (5)3.3.1 蛋白A介导蛋白B泛素化 (5)3.3.2赖氨酸XXX位点为蛋白A介导蛋白B泛素化靶位点 (5)3.4 蛋白A氨基端与羧基端在蛋白B降解中的作用 (6)3.4.1 蛋白A氨基端与蛋白B降解 (6)3.4.2 蛋白A羧基端与蛋白B降解 (6)3.4.3 蛋白A羧基端与蛋白B泛素化 (6)3.1 蛋白A降低蛋白B的表达量3.1.1 蛋白A介导蛋白B降解蛋白A是泛素蛋白酶体系统中的一个调节分子。
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酶体类蛋白酶 。 1978年，Ciechanover 和 Hershko发现了APF-1是Goldberg系统中蛋白酶
系的必要成分，结果发表在BBRC。 1980年，Ciechanover，Hershko和Rose等人证明了APF-1与当时已被发
现的泛素是同一物质 。 1984年，Finley和Varshavsky等发现泛素在细胞周期中的重要性。 1987年，Goldberg和Rechsteiner两个小组几乎同时分离出分子量很大的
依赖于ATP并降解泛素化底物的蛋白水解酶。 1988年，Goldberg将这种蛋白水解酶命名为Proteasome（蛋白酶体）。 1997年，Yeh 等小组发现类泛素蛋白SUMO和NEDD8的功能。 2003年，美国FDA批准了用Velcade来治疗多发性骨髓瘤； Velcade 是
阿龙.西查诺瓦
阿夫拉姆.赫希科
Irwin Rose
欧文.罗斯
3
近年与泛素－蛋白酶体相关的PubMed论 文数在持续增长
篇数
年份 4
本专题内容
1. 泛素－蛋白酶体通路的组成及重要性 2. 泛素化与泛素化酶 3. 去泛素化酶 4. 泛素化异常与人类重大疾病的发生 5. 蛋白酶体构成 6. 蛋白酶体抑制剂与药物 7. 调节蛋白酶体活性的新机制 8. 类泛素蛋白（SUMO, NEDD8, ISG15,
degradation and quality control ) 2
The Nobel Prize in Chemistry 2004 for the discovery of ubiquitin-mediated proteolysis
Aaron Ciechanover Avram Hershko
11
泛素化模式（Ubiquitination Modes）
K48 polyubiquitylation
靶蛋白必须经多聚泛素(多于4个泛 素分子)修饰才能被蛋白酶体识别 与降解。
K63 polyubiquitylation 调节蛋白质的活性和定位
Monoubiquitylation
调节蛋白质内吞，修饰和转录
13
E3泛素连接酶以单体和复合体两种形式存在
14
去泛素化作用 （Deubiquitination）
Amerik and Hochstrasser, 2004
15
去泛素化酶 (Deubiquitinating enzyme)
去泛素化酶可分为两类：
泛素-C-末端水解酶 ，通常参与蛋白降解后泛素分子的再 利用及对多聚泛素链的修饰，也参与由泛素前体产生泛素 单体的过程（如UCH37、UCH-L1)。 泛素特异性蛋白酶 ，参与去除蛋白质上的多聚泛素链，也 可从短泛素链的末端去掉单个泛素（如USP8)。
Multiple monoubiquitylation 12
E3的种类
a. RING finger domain（SCF复合体，APC， MDM2， Parkin, 和c-Cb1）
b. U-box domain（CHIP) c. HE Rule
APG8, APG12， PUP等）
5
参考书
《泛素介导的蛋白质降解》
Ubiquitin-Mediated Proteolysis 主编：邱小波 王琛 王琳芳
陈竺和诺贝尔奖得主 Aaron Ciechanover 作序
中国协和医科大学出版社， 2008年
蛋白质泛素化研究简史
1975年，Goldstein误将泛素（Ubiquitin)当作胸腺激素而发现。 1977年，Goldknopf和Busch认定组蛋白2A与泛素以异肽键（Isopeptide
E1与ATP结合后，催化泛素羧基末端 腺嘌呤化，同时释放无机焦磷酸（ PPi）。E1活化位点的半胱氨酸硫醇 激活泛素腺嘌呤核苷酸中间产物上的 羧基，形成一个泛素硫酯键。
E2激活的重要条件是位于UBC结构 域的一个保守半胱氨酸催化位点与泛 素羧基端形成一个硫酯键。
E3催化被E2活化的泛素C-端甘氨酸 与底物或下一个泛素的赖氨酸间形成 泛素异肽键 (Isopeptide bond)。
The Central Dogma （Revised)
DNA RNA
Protein
Breakdown Modification & Degradation
泛素－蛋白酶体通路
Ub
E1
Ub-E2
底物
ATP AMP+PPi
-E1 Ub
E3 E2
蛋白酶体
Ub: 泛素 (Ubiquitin)，一高度保守的，由76个氨基酸组成的多肽。 E1: 泛素激活酶 (Ubiquitin-activating enzyme)，人类仅有2种E1。 E2: 泛素载体蛋白 (Ubiquitin-carrier protein)， 人类约有 30 种E2s。 E3: 泛素－蛋白连接酶 (Ubiquitin-protein ligase)， 人类有500多种E3s 。 9
在Goldberg发明的蛋白酶体抑制剂MG132的基础上研发而成的。 2004年，Ciechanover，Hershko和Rose因发现泛素介导的蛋白质降解共
同获得诺贝尔化学奖。 2008年，Darwin等在细菌中发现类泛素化修饰。
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Figure 8-34 Ubiquitin (泛素）
泛素由76个氨基酸残基组成，其中包括7个赖氨酸残基(K), 其C末端可与 底物的赖氨酸残基形成异肽键，从而引起底物泛素化。泛素的K11、K29 、K48和K63均能参与形成泛素与泛素间的异肽键 (Isopeptide bond)。
泛素化(ubiquitination)即蛋白质被泛素 (ubiquitin，由76个氨基酸组成的多肽）共价 修饰的过程，在几乎所有的真核细胞活动中起 着关键作用。泛素 –蛋白酶体(proteasome)通 路则是真核细胞内最主要的蛋白质降解途径。 泛素化调控的细胞活动至少包括:
细胞周期（Cell cycle progression） 细胞凋亡（Apoptosis） 转录调控（Transcriptional regulation） DNA修复（DNA repair） 免疫应答（Immune response） 蛋白质降解及质量控制（Protein