细胞死亡是维持个体发育、组织稳态和环境适应的重要生命过程，其异常调控与肿瘤、衰老及神经退行性疾病等多种病理状态密切相关 [1]。细胞由应激适应向不可逆死亡的转变涉及代谢重编程、DNA 损伤应答、自噬及细胞器质量控制等多层级分子事件，其发生顺序和动态协调是细胞命运调控研究的核心问题 [2]。然而，传统组学研究多依赖少数离散时间点，难以捕捉短暂的调控变化及其时序关系，细胞死亡过程中连续分子轨迹的动态机制仍未得到充分解析 [3]。 北京时间 2026 年 5 月 29 日，西湖大学郭天南团队在浪淘沙预印本平台发布了题为「Minute-scale proteomics profiling resolves the chronological mechanics of yeast cell death」的最新研究进展（图 1）。该研究基于分钟级连续采样策略，构建了酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）在致死性应激条件下的高时间分辨率蛋白质组动态图谱。结合神经常微分方程与时间分辨通路分析手段，系统解析了细胞死亡过程中的时序特征。结果表明，乙酸主要通过诱发高能耗防御机制及线粒体过度激活，导致细胞能量代谢耗竭；而过氧化氢则优先激活 DNA 损伤修复通路，并抑制细胞器质量控制过程。此外，自噬响应的启动与细胞生殖存活能力的不可逆丧失在时间维度上呈现出高度耦合，为揭示细胞从应激适应向不可逆死亡转变的时序调控机制提供了新的视角。 图 1. 成果公布在浪淘沙预印本平台（Langtaosha.org） 细胞死亡的五阶段蛋白质组动态轨迹 为解析致死性应激下细胞死亡的时序调控机制，研究团队以酿酒酵母为模型，分别采用 400 mM 乙酸和 5 mM 过氧化氢诱导致死性应激，在 0-100 分钟内进行每分钟一次的连续采样。经 DIA-MS 分析，共鉴定 3013 个高置信蛋白，重建了细胞死亡的分钟级蛋白质组轨迹。 该轨迹呈现「分化 — 趋同 — 再分化」的五阶段动态模式：第一阶段（0-20 分钟），不同处理组蛋白质组状态趋近；第二阶段（20-40 分钟），过氧化氢组率先偏离对照；第三阶段（40-60 分钟），两组差异先后达到峰值；第四阶段（60-80 分钟），各组状态短暂收敛；第五阶段（80-100 分钟），两组再次分化并形成具有应激类型差异的终末状态。上述结果表明，不同致死性刺激虽均可导致细胞死亡，但其分子执行过程具有显著的阶段性和应激特异性。 图 2. 分钟级蛋白质组实验设计及乙酸与过氧化氢诱导细胞死亡的五阶段动态轨迹 在明确两类致死性应激的阶段性轨迹后，研究团队依据蛋白丰度的时间变化模式开展无监督聚类。结果显示，一组主要参与蛋白质 –RNA 复合物组织、rRNA 加工及核糖体生物发生的蛋白，在两类应激下均呈阶段性下调；另一组涉及线粒体呼吸链复合物组装的蛋白，则在两类应激下总体升高，且乙酸处理后期变化更为显著。共表达网络分析进一步证实，核糖体相关程序的抑制与线粒体相关程序的增强呈现时间依赖性差异，提示细胞死亡过程中蛋白质合成体系与线粒体功能发生了差异化重塑。 两类致死应激的差异化死亡通路 为区分基础时间波动与应激特异性变化，研究团队采用广义加性模型拟合蛋白质动态轨迹。结果显示，乙酸与过氧化氢诱导的细胞死亡呈现显著不同的时序分子特征。 乙酸处理条件下，氧化磷酸化和线粒体能量代谢在早期增强，同时伴随囊泡运输及质子泵转运相关过程的激活。这些高能耗防御反应虽有助于细胞抵抗胞内酸化，但持续的线粒体高负荷运行最终导致代谢资源耗竭、核糖体生物发生抑制及细胞周期停滞，形成代谢耗竭型死亡轨迹。 过氧化氢处理则呈现不同的分子路径。早期主要激活 DNA 复制、碱基切除修复等损伤应答通路，同时抑制线粒体自噬等细胞器质量控制过程。随着氧化损伤持续积累，修复应答逐渐衰减，细胞由适应性防御转向系统性崩溃。 图 3. 蛋白动态轨迹及乙酸、过氧化氢诱导的时间分辨通路变化 基于上述结果，研究团队提出了两类细胞死亡的时序调控模型。乙酸处理早期激活基础转录、氧化磷酸化、质子转运及囊泡运输等高能耗防御过程，随后伴随代谢通路抑制、核糖体生物发生下降和自噬增强，最终导致代谢耗竭。过氧化氢则优先启动 DNA 复制与损伤修复，同时抑制线粒体自噬；约 21 分钟后，过氧化物酶体、脂肪酸代谢及线粒体质量控制出现阶段性响应，但未能阻止氧化损伤的持续积累。该模型整合了本研究的定量结果与既往文献，其中部分调控关系仍需进一步功能验证。 神经常微分方程模型与细胞命运连续谱系重建 为从离散采样数据中重建连续的细胞状态演化，研究团队构建了条件潜变量神经常微分方程模型。该模型利用早期蛋白质组数据推断初始潜在状态，并结合处理条件模拟不同应激下蛋白质组状态的连续动态。模型在对照、过氧化氢和乙酸处理组中均表现出较好的重构能力，决定系数分别为 0.9650、0.9791 和 0.9713。与原始蛋白质空间中相对离散的变化相比，模型学习到的潜在空间呈现更加平滑、连续的状态轨迹，说明其能够从高频波动中有效提取主要生物学动态特征。 模型学习到的潜在空间进一步形成了一条由正常生长指向应激性崩溃的主要状态轴。正常对照细胞主要分布于生长端，而乙酸和过氧化氢处理后的细胞则沿不同路径逐渐向死亡端移动。功能富集分析显示，生长端主要富集核糖体生物发生及蛋白质合成相关蛋白，死亡端则富集应激响应、内吞作用及膜重塑相关过程。这一潜在轴能够反映细胞由稳态向死亡的分子转换，表征了细胞从生长到死亡的连续谱系。 图 4. 生长-死亡潜在状态轴及候选时序驱动因素分析 梯度显著性分析进一步识别出不同应激条件下具有时间特异性的候选驱动事件：乙酸处理早期涉及基础转录因子和氧化磷酸化变化，过氧化氢处理则表现为 DNA 复制、碱基切除修复、线粒体自噬及过氧化物酶体相关过程的阶段性调控。上述结果表明，该潜在状态轴不仅能够表征细胞由生长向死亡的连续转换，也为筛选潜在的时序驱动因素提供了方法依据。 不可逆死亡节点与高时间分辨率方法学框架 研究团队通过时序克隆形成实验评估乙酸处理后细胞的生殖存活能力。结果显示，菌落形成能力在 15-21 分钟间显著下降，并于 21 分钟后接近完全丧失。与此同时，蛋白丰度变化与模型梯度分析均显示，自噬相关信号主要富集于 21-27 分钟。二者在时间上的高度重合提示，晚期自噬虽可能维持短期代谢活动，但不足以恢复细胞的分裂与群体增殖能力。这一发现为揭示细胞跨越不可逆死亡节点的关键时间窗口提供了重要依据。 从方法论角度审视，该研究通过分钟级连续采样，揭示了传统终点分析难以捕捉的非线性蛋白质动态，并阐明了乙酸与过氧化氢诱导细胞死亡的差异化时序分子特征。自噬响应与生殖存活能力丧失的时间对应，进一步提示了细胞跨越不可逆命运节点的关键窗口。研究表明，高通量质谱蛋白质组学可用于构建高时间分辨率的「蛋白质组电影」，为研究细胞分化、衰老、免疫应答及药物反应等连续生物过程提供了新的方法学框架。这一技术路径的建立，标志着细胞命运研究从静态终点分析向连续动态解析的重要范式转变。 声明：本文为基于预印本内容的解读与推介，旨在促进学术交流，不代表预印本原作者观点，亦不构成任何学术建议。 原文链接： https://langtaosha.org.cn/lts/en/preprint/view/257 参考文献： 1.Galluzzi, L. et al. Molecular mechanisms of cell death: recommendations of the Nomenclature Committee on Cell Death 2018. Cell Death & Differentiation 25, 486–541 (2018). 2.Carmona-Gutierrez, D. et al. Guidelines and recommendations on yeast cell death nomenclature. Microbial Cell 5, 4–31 (2018). 3.Chaves, S. R., Rego, A., Santos-Pereira, C., Sousa, M. J. & Côrte-Real, M. Current and novel approaches in yeast cell death research. Cell Death & Differentiation 32, 207–218 (2025). 文章来源：LTS 预印本平台
