【公關中心】興大洪慧芝教授攜手德國團隊登上《Nature Communications》破解PAD酵素「蛋白質受質辨識密碼」
更新時間：2026-09-17 14:41:31 /
張貼時間：2026-09-17 14:38:39
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新聞來源秘書室媒體公關中心
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稿源：中興大學生命科學系
一個從國立中興大學生命科學系洪慧芝教授實驗室萌芽的科學問題，隨著學生赴德研究跨越國界，歷經多年師生接力合作，如今有了重要突破。洪慧芝教授團隊與德國慕尼黑工業大學（Technical University of Munich, TUM）李倩筠博士團隊合作，破解PAD酵素如何辨認不同蛋白質受質的分子機制，研究成果獲國際期刊《Nature Communications》接受發表，也寫下一段從興大出發、串聯臺德的科研與人才培育歷程。
蛋白質在細胞中完成合成後，仍會經歷各式各樣的「後轉譯修飾」(post-translational modification)，進而改變蛋白質的結構、活性與功能。其中，「蛋白質瓜胺酸化」(protein citrullination)與免疫調控、基因表現及多種疾病密切相關，但長久以來，科學界仍未完全了解：同一家族中高度相似的酵素，究竟如何辨認不同的蛋白質受質？
研究團隊以 “Decoding isozyme-specific substrate recognition in protein arginine deiminases by in vitro lysate-based citrullination mapping” 為題，中興大學洪慧芝教授與慕尼黑工業大學李倩筠博士為共同通訊作者，中興大學楊宜鈁博士為第二作者。結合蛋白質科學、酵素學、大規模質譜蛋白體學及計算分析，系統性比較人類具有催化活性的PAD1、PAD2、PAD3與PAD4四種同功酵素，建立大規模PAD酵素體外瓜胺酸化受質圖譜，並進一步破解決定PAD4受質專一性的關鍵胺基酸「辨識密碼」。
從近3萬個瓜胺酸化位點，破解PAD酵素的「蛋白質受質辨識密碼」
PAD (protein arginine deiminase) 是一群鈣離子依賴型酵素，可將蛋白質中的精胺酸 (arginine)轉換成瓜胺酸 (citrulline)。PAD活性異常與類風濕性關節炎、多發性硬化症、阿茲海默症及多種癌症相關，因此，了解不同PAD酵素如何選擇蛋白質受質，不僅是重要的基礎科學問題，也與疾病機制及藥物開發密切相關。
研究團隊利用細胞裂解液建立複雜蛋白質環境，結合重組PAD1–4酵素、高解析度質譜及機器學習分析，共鑑定出29,485個瓜胺酸化位點，分布於5,480種蛋白質；其中四種PAD共同辨認的位點僅約14%，顯示結構高度相似的PAD酵素具有明顯不同的受質偏好。PAD1與PAD2能辨認較廣泛的受質，而PAD3與PAD4的選擇較為嚴格，其中PAD4的受質選擇性最高。
研究團隊進一步透過蛋白質結構分析與點突變實驗，找出Q346、G403、R639及H640四個決定PAD4受質專一性的關鍵胺基酸。當這些位置逐步置換為PAD2的對應胺基酸後，原本「挑剔」的PAD4逐漸擴大受質範圍；四個位置同時改變時，甚至呈現高度類似PAD2的受質辨識模式。這項研究因此不僅建立大規模PAD受質圖譜，更從分子層次揭示高度相似的同功酵素如何形成不同的受質專一性，未來可望作為解析PAD相關疾病機制，以及開發具同功酵素選擇性的抑制劑與分子探針的重要基礎。
一張張從德國寄回來的明信片：一個跨越多年的師生科學故事
這項成果也見證一段跨越多年的師生科研傳承。李倩筠就讀興大博士班、進入洪慧芝實驗室時，即開始探索「PAD4如何選擇蛋白質受質？」之後獲國科會「千里馬計畫」支持赴海外研究，並在德國慕尼黑工業大學持續研究，將質譜蛋白體學與大數據分析導入其中；洪慧芝團隊則結合蛋白質科學、酵素學及結構功能研究專長，共同完成這項研究。
洪慧芝至今仍保留李倩筠當年從海外寄回的明信片。她說，一個在實驗室種下的科學問題，可能跟著學生走得更遠；多年後，學生帶著新的技術與能力，再一起把當初的問題完成，「對老師而言，這就是最令人開心的事。」這篇論文也延續了中興大學生命科學系的人才傳承。
第二作者楊宜鈁博士同樣畢業於興大生科系，也是洪慧芝教授實驗室培養的學生，並為洪教授團隊2025年發表於PNAS之PAD4–p53研究的第一作者。「倩筠和宜鈁當年都是生科系大學部非常優秀的學生。看著她們從大學生一路成長到能獨立面對重要的科學問題，並共同完成國際合作研究，這篇論文對我的意義，不只是研究成果，而是看見人才真正被培養起來。」洪慧芝教授表示。
從中興大學的實驗桌到德國慕尼黑的質譜平台，從當年師生共同提出的一個問題，到今日登上國際期刊，這篇論文不只是PAD受質專一性的研究成果，也是一段跨越多年、由科學探索、人才培育與師生傳承共同寫成的故事。
論文連結： https://www.nature.com/articles/s41467-026-76752-5
一個從國立中興大學生命科學系洪慧芝教授實驗室萌芽的科學問題，隨著學生赴德研究跨越國界，歷經多年師生接力合作，如今有了重要突破。洪慧芝教授團隊與德國慕尼黑工業大學（Technical University of Munich, TUM）李倩筠博士團隊合作，破解PAD酵素如何辨認不同蛋白質受質的分子機制，研究成果獲國際期刊《Nature Communications》接受發表，也寫下一段從興大出發、串聯臺德的科研與人才培育歷程。
蛋白質在細胞中完成合成後，仍會經歷各式各樣的「後轉譯修飾」(post-translational modification)，進而改變蛋白質的結構、活性與功能。其中，「蛋白質瓜胺酸化」(protein citrullination)與免疫調控、基因表現及多種疾病密切相關，但長久以來，科學界仍未完全了解：同一家族中高度相似的酵素，究竟如何辨認不同的蛋白質受質？
研究團隊以 “Decoding isozyme-specific substrate recognition in protein arginine deiminases by in vitro lysate-based citrullination mapping” 為題，中興大學洪慧芝教授與慕尼黑工業大學李倩筠博士為共同通訊作者，中興大學楊宜鈁博士為第二作者。結合蛋白質科學、酵素學、大規模質譜蛋白體學及計算分析，系統性比較人類具有催化活性的PAD1、PAD2、PAD3與PAD4四種同功酵素，建立大規模PAD酵素體外瓜胺酸化受質圖譜，並進一步破解決定PAD4受質專一性的關鍵胺基酸「辨識密碼」。
從近3萬個瓜胺酸化位點，破解PAD酵素的「蛋白質受質辨識密碼」
PAD (protein arginine deiminase) 是一群鈣離子依賴型酵素，可將蛋白質中的精胺酸 (arginine)轉換成瓜胺酸 (citrulline)。PAD活性異常與類風濕性關節炎、多發性硬化症、阿茲海默症及多種癌症相關，因此，了解不同PAD酵素如何選擇蛋白質受質，不僅是重要的基礎科學問題，也與疾病機制及藥物開發密切相關。
研究團隊利用細胞裂解液建立複雜蛋白質環境，結合重組PAD1–4酵素、高解析度質譜及機器學習分析，共鑑定出29,485個瓜胺酸化位點，分布於5,480種蛋白質；其中四種PAD共同辨認的位點僅約14%，顯示結構高度相似的PAD酵素具有明顯不同的受質偏好。PAD1與PAD2能辨認較廣泛的受質，而PAD3與PAD4的選擇較為嚴格，其中PAD4的受質選擇性最高。
研究團隊進一步透過蛋白質結構分析與點突變實驗，找出Q346、G403、R639及H640四個決定PAD4受質專一性的關鍵胺基酸。當這些位置逐步置換為PAD2的對應胺基酸後，原本「挑剔」的PAD4逐漸擴大受質範圍；四個位置同時改變時，甚至呈現高度類似PAD2的受質辨識模式。這項研究因此不僅建立大規模PAD受質圖譜，更從分子層次揭示高度相似的同功酵素如何形成不同的受質專一性，未來可望作為解析PAD相關疾病機制，以及開發具同功酵素選擇性的抑制劑與分子探針的重要基礎。
一張張從德國寄回來的明信片：一個跨越多年的師生科學故事
這項成果也見證一段跨越多年的師生科研傳承。李倩筠就讀興大博士班、進入洪慧芝實驗室時，即開始探索「PAD4如何選擇蛋白質受質？」之後獲國科會「千里馬計畫」支持赴海外研究，並在德國慕尼黑工業大學持續研究，將質譜蛋白體學與大數據分析導入其中；洪慧芝團隊則結合蛋白質科學、酵素學及結構功能研究專長，共同完成這項研究。
洪慧芝至今仍保留李倩筠當年從海外寄回的明信片。她說，一個在實驗室種下的科學問題，可能跟著學生走得更遠；多年後，學生帶著新的技術與能力，再一起把當初的問題完成，「對老師而言，這就是最令人開心的事。」這篇論文也延續了中興大學生命科學系的人才傳承。
第二作者楊宜鈁博士同樣畢業於興大生科系，也是洪慧芝教授實驗室培養的學生，並為洪教授團隊2025年發表於PNAS之PAD4–p53研究的第一作者。「倩筠和宜鈁當年都是生科系大學部非常優秀的學生。看著她們從大學生一路成長到能獨立面對重要的科學問題，並共同完成國際合作研究，這篇論文對我的意義，不只是研究成果，而是看見人才真正被培養起來。」洪慧芝教授表示。
從中興大學的實驗桌到德國慕尼黑的質譜平台，從當年師生共同提出的一個問題，到今日登上國際期刊，這篇論文不只是PAD受質專一性的研究成果，也是一段跨越多年、由科學探索、人才培育與師生傳承共同寫成的故事。
論文連結： https://www.nature.com/articles/s41467-026-76752-5
