葡萄糖六磷酸脱氢酶(Glucose-6-phosphate Dehydrogenase, G6PD)是磷酸戊糖途径的第一个酶,也是限速酶。G6PD缺陷症是最为常见的代谢酶缺陷症之一,全世界范围内约有4亿人受累。氧化应激过程中,G6PD会被激活并催化生成NADPH,进而维持细胞内氧化还原状态的平衡。然而在细胞处于氧化压力时G6PD活性调节的分子机制仍不清楚。本研究发现,G6PD蛋白在进化上保守的第403位赖氨酸残基(K403)的乙酰化修饰负调控G6PD的催化活性。K403与靠近G6PD蛋白二聚体结合面的结构性NADP分子直接相互作用。K403乙酰化的G6PD蛋白不能形成有活性的二聚体,而是以无催化活性的单体形式存在。敲低G6PD使细胞内NADPH生成受阻,导致清除活性氧的能力下降。因此,G6PD缺失的细胞对氧化刺激导致的损伤极其敏感,而重新表达野生型的G6PD蛋白可以保护细胞免受氧化损伤,重新表达模拟乙酰化状态的G6PD蛋白K403突变体则没有此效果。本研究还发现,位于胞浆中的NAD+依赖型去乙酰化酶SIRT2可以与G6PD结合并对K403进行去乙酰化,进而促进其二聚体的形成、激活其催化活性。细胞受到氧化刺激后,SIRT2的催化活性被激活,同时与G6PD的结合显著增强,SIRT2介导G6PD蛋白K403去乙酰化并激活其催化活性,进而提供NADPH用于清除活性氧、维持细胞内的氧化还原稳态,从而保护小鼠红细胞和胚胎成纤维细胞免受氧化损伤。另外,还鉴定出了KAT9/ELP3为潜在的G6PD蛋白的乙酰基转移酶。本研究首次发现了乙酰化调控磷酸戊糖途径的限速酶G6PD,并揭示了氧化压力下乙酰化修饰改变G6PD的聚合状态,进而调控其活性,维持细胞内NADPH稳态的全新分子机制。