2026年，华中农业大学食品科技学院李牧教授团队发表的研究论文Metabolic modulation of TCA cycle by S-nitrosylation in Monascus spp.，聚焦红曲菌的氮代谢调控，首次系统解析蛋白质S-亚硝基化与三羧酸循环之间的联系，为理解氮源影响红曲菌生长和次生代谢产物合成的机制提供了新证据。该论文在Web of Science检索页面中同时显示Highly Cited Paper（高被引论文）和Hot Paper（热点论文）标识（图1）。该项工作得到国家自然科学基金面上项目（32572534）资助。
研究以紫色红曲菌（Monascus purpureus）为对象，鉴定出352个S-亚硝基化蛋白以及505个氨基酸修饰位点，发现红曲菌中87%的TCA循环相关酶存在该修饰，揭示了其对生长及高价值产物合成的潜在调控作用。
图 1 Web of Science检索截图｜论文条目旁分别显示高被引论文（奖杯）和热点论文（火焰）标识
研究背景｜红曲菌代谢调控中的关键问题
红曲菌是一类我国以及东南亚地区广泛使用的食品发酵菌种，用于生产天然食品色素、降血脂药物和工业用酶，因此其代谢产物具有重要经济价值。红曲菌的菌体生长及红曲色素、Monacolin K等产物合成，与氮源类型和培养条件密切相关。以往相关研究更多关注营养供给和基因表达，但蛋白质翻译后修饰是否参与连接氮源信号与中心碳代谢，仍不全完清楚。
原创性发现｜从修饰图谱到代谢机制
1. 建立红曲霉S-亚硝基化位点图谱。研究鉴定出352个修饰蛋白和505个修饰位点，为解析红曲霉的蛋白质翻译后修饰调控提供了系统性数据资源。
2. 发现TCA循环酶的广泛修饰。研究显示，被考察的TCA循环相关酶中约87%检测到S-亚硝基化修饰，提示其可能参与中心碳代谢的通路调节。
3. 揭示氮源与代谢状态之间的联系。精氨酸、硫酸铵和不同浓度硝酸钠处理形成差异明显的修饰谱，并伴随菌体生长、红曲色素及代谢物组成变化，为氮源调节发酵产物提供了新的机制线索。
4. 通过体外实验验证关键酶功能变化。研究发现，S-亚硝基化使TCA循环中的异柠檬酸脱氢酶（IDH）和丙酮酸激酶（PK）的活性显著下降，为蛋白质修饰影响代谢过程提供了更直接的酶学证据。
图2. S-亚硝基化在糖酵解与TCA循环相关酶中的分布，以及代谢物变化
图3. S-亚硝基化处理前后异柠檬酸脱氢酶（IDH）和丙酮酸激酶（PK）的活性比较
研究意义与展望
该研究将氮源信号、蛋白质S-亚硝基化与中心碳代谢联系起来，为红曲色素、Monacolin K等产物的精准调控提供了新的研究方向。未来可通过关键修饰位点功能验证、代谢通量测定和发酵工艺优化，进一步评估这一机制在高价值产物生产中的应用潜力。
论文链接：10.1016/j.synbio.2026.01.002；该项工作得到国家自然科学基金面上项目（32572534）资助。
附通讯作者简介：
李牧，中共党员，博士、教授、博士生导师。长期从事食品合成生物学与食品智能制造领域的研究和教学工作，主要在红曲菌（红曲霉）生物合成、工业发酵和数智化科研装备等领域开展了持续的研究。主持国家自然科学基金4项、湖北省自然科学基金1项，参加国家自然科学重点项目2项和国家重点研发计划1项。担任湖北省传统发酵食品国际科技合作基地副主任和环境食品学教育部重点实验室固定研究人员，任食品生物技术教研室主任。获湖北省科技进步一等奖1项。
