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蛋白质翻译后修饰（PTMs）是蛋白质生物合成的关键步骤，官能团的添加、折叠或去除均会导致蛋白质功能的急剧改变，进而影响疾病的发生、发展。PTMs是指蛋白质在RNA翻译后进行的一系列共价修饰，磷酸化、乙酰化、泛素化和糖基化是较为常见的类型。蛋白棕榈酰化修饰是作用最普遍的脂酰化修饰，影响约20%的蛋白组。本文主要介绍了棕榈酰化定义、工具酶、与疾病的关系、中标基金及文章案例。
什么是棕榈酰化
S-棕榈酰化是蛋白质与脂质的翻译后修饰，通常指通过硫酯键向蛋白质的半胱氨酸添加16碳棕榈酸。S-棕榈酰化控制蛋白与细胞膜的联系和运输，从而在蛋白功能和细胞信号转导中发挥关键作用。S-棕榈酰化在脂质修饰中是独一无二的，因为棕榈酸酰基和半胱氨酸残基之间的高能硫酯键使其成为一个可逆的修饰，因此可以赋予蛋白质功能的时空控制。除了蛋白质靶向于不同的隔间和膜微域外，S-棕榈酰化的作用还与蛋白质的稳定性、构象、同型和异质性有关。
图1 蛋白质s-棕榈酰化和调控
大多数蛋白质棕榈酰化是由含有锌指DHHC型的（ZDHHC）家族的棕榈酰基转移酶（PATs）催化的，该家族在哺乳动物中共有23种不同的蛋白质（ZDHHC1-23）。由于蛋白质的S-棕榈酰化是一个可逆的过程，棕榈酸的附着和解离对于确保一个高效、平衡和动态的S-棕榈酰化循环都是重要的。与大量的PATs相比，只有五类去棕榈酰化酶被广泛研究，即APT1、APT2、PPT1、PPT2及ABHD17。
棕榈酰化与多种疾病相关
癌症
一些重要的癌症相关蛋白被棕榈酰化。SCRIB是调节上皮细胞极性的重要肿瘤抑制因子。SCRIB的缺失使Hippo激酶级联反应失活，导致细胞核中未磷酸化的YAP和与PDZ结合基序（TAZ）的转录共激活因子的积累，并增加MAPK和AKT通路活性。为了激活Hippo激酶级联反应并抑制MAPK和AKT信号通路，SCRIB必须定位于质膜。这种定位依赖于SCRIB Cys4和Cys10的棕榈酰化，很可能是由ZDHHC7催化的。
图2 蛋白质s-棕榈酰化与癌症
神经类疾病
棕榈酰化的体内平衡也涉及一些神经疾病的发病机制，如阿尔茨海默病（AD）。神经退行性疾病的特点是在大脑积累β-淀粉样肽（Aβ），最终记忆逐渐丧失，神经功能障碍，认知能力下降。BACE1的棕榈酰化对Aβ的产生至关重要，对淀粉样蛋白的发病机制和相应的认知缺陷产生深远的影响。APP连续蛋白水解量的增加也促进了有毒Aβ的形成和沉积。APP在N端C186和C187位点的棕榈酰化调控其运输和淀粉样蛋白生成过程。
免疫反应
S-棕榈酰化在调节宿主适应性免疫应答中起着重要作用。多项研究使用不同的方法对T细胞的S-棕榈酰化进行了研究，并确定了参与T细胞激活和信号转导的重要因素。TCR信号转导的第一步涉及到TCR与抗原提呈细胞（APCs）上的MHCs结合。TCR亚基的S-棕榈酰化尚未见报道，但放射标记研究确定了TCR共受体CD4棕榈酰化。CD4在位于跨膜和细胞质结构域的连接处Cys394和Cys397棕榈酰化。Src家族激酶Lck在Cys3和Cys5位点的s-棕榈酰化促进了其与质膜的结合。
图3 蛋白质s-棕榈酰化和免疫调控
心血管疾病
最近的研究也报道了棕榈酰化参与心血管功能。谷氨酰胺合成酶（GS）是一种负责谷氨酰胺形成的酶，通过其PAT活性在病理血管生成过程中以及在内皮细胞（ECs）的运动和迁移中起着关键作用。GS首先棕榈酰化，然后棕榈酰基团转移到RHOJ，这是一种专门参与血管生成的PM相关的小GTPase，从而控制ECs中RHOJ的膜定位和活性。激活的RHOJ介导正常的EC迁移和层形足板形成，并维持肌动蛋白应力纤维的形成，促进体内新血管的正常形成。
国自然中标基金
2022年与棕榈酰化修饰有关的国自然中标基金题目部分如下：
- ZDHHC13介导SLC11A2的S-棕榈酰化修饰及铁代谢稳态调节破骨细胞分化的机制研究；
- 棕榈酰转移酶ZDHHC3通过细胞和系统双重途径调控宿主铁代谢的机制及其在限制沙门菌繁殖中的作用；
- JIP3调控双亮氨酸拉链激酶棕榈酰化保护青光眼视网膜神经节细胞的作用及机制研究；
- CLDN7棕榈酰化修饰在肾透明细胞癌转移中的调控机制及其在靶向治疗中的作用；
- Tim-3棕榈酰化修饰调控CTL/NK细胞功能耗竭的作用及机制研究；
- 多次全麻抑制TfR棕榈酰化诱发少突胶质细胞铁死亡导致学习记忆障碍的机制研究；
- TSHR棕榈酰化介导的Sirt1/Nrf2通路失活调控施万细胞线粒体损伤促进糖尿病周围神经病变的机制研究。
从上述国自然中标基金题目不难看出来，棕榈酰化修饰蛋白广泛参与了免疫反应、癌症、代谢、转录、神经生物学和信号转导等生理过程，在多种疾病的发生、发展机制中发挥作用，既包括肿瘤类疾病，也包括非肿瘤类疾病。
因此在国自然科学假说设计过程中，涉及到关键分子的亚细胞定位和膜运输，可以考虑棕榈酰化修饰的机制。尽管早在1979年棕榈酰化修饰就被提出，但是直到近些年ABE方法的出现才使得棕榈酰化研究增长起来。目前国自然申请数量仍然较少，棕榈酰化这一前沿热点可以很好的提升本子的创新性，增加中标几率。
文章案例
1. PCSK9棕榈酰化修饰增强HCC对索拉非尼耐药
索拉非尼目前是晚期肝癌（HCC）的一线治疗药物。然而，患者对索拉非尼的耐药性仍然是一个重大挑战。2022年8月16日，华中科技大学吴河水教授联合中南大学金鑫团队在Cell Reports上发表了题为S-palmitoylation of PCSK9 induces sorafenib resistance in liver cancer by activating the PI3K/AKT pathway的研究论文。该研究揭示了ZDHHC16介导的PCSK9蛋白S-棕榈酰化修饰促进了PCSK9与PTEN的相互作用，并通过溶酶体途径诱导PTEN降解，从而激活PI3K/AKT途径，揭示了HCC对索拉非尼耐药的分子机制。
AKT信号激活是HCC中索拉非尼耐药的关键机制。PCSK9在抗肿瘤免疫应答中起着至关重要的作用。该研究发现PCSK9异常上调通过诱导AKT-S473磷酸化促进HCC细胞增殖和索拉非尼耐药。在Cys600位点棕榈酰化后，PCSK9与PTEN之间的结合亲和力显著增加，诱导溶酶体介导的PTEN降解和随后的AKT激活。研究进一步鉴定ZDHHC16是促进Cys600棕榈酰化的棕榈酰基转移酶。该研究开发了一种具有生物活性的PCSK9衍生肽，该肽可以竞争性地抑制PCSK9棕榈酰化，抑制AKT磷酸化，并增强索拉非尼在HCC中的抗肿瘤作用。
2.棕榈酰化修饰限制NLRP3活化防止持续性炎症
NLRP3是一种重要的细胞内传感器。然而，阻止其持续激活的机制仍不清楚。2023年1月19日，中山大学生命科学学院崔隽课题组在Molecular Cell上发表了题为：Palmitoylation prevents sustained inflammation by limiting NLRP3 inflammasome activation through chaperone-mediated autophagy的研究论文。该研究揭示了棕榈酰化通过分子伴侣介导的自噬限制NLRP3炎症小体活化，从而防止持续性炎症。S-棕榈酰化作用作为一个“制动器”，关闭NLRP3炎症小体。
该研究发现S-棕榈酰化作为一个“制动器”来关闭NLRP3炎症小体。zDHHC12被鉴定为NLRP3棕榈酰化的S-酰基转移酶，它通过伴侣介导的自噬途径促进其降解。小鼠Zdhhc12缺失可增强铝诱导的腹膜炎和脂多糖诱导的内毒素休克后的炎症症状和致死率。NLRP3中的一些疾病相关突变与棕榈酰化缺陷相关，导致明显的NLRP3炎症小体激活。总之，该研究结果表明zDHHC12是NLRP3炎症小体激活的抑制因子，并揭示了一种先前未知的调控机制，炎症小体通路通过该机制受到NLRP3动态棕榈酰化的严格控制。
图4 棕榈酰化通过伴侣介导的自噬限制NLRP3炎性小体的激活
总结
对棕榈酰化蛋白质组的分析显示，在哺乳动物中有大量的棕榈酰化修饰底物，但其中大多数仍未被注释。许多重要的信号转导通路的关键分子都是由棕榈酰化调节的，因此验证整个假定的棕榈酰蛋白库及其功能相关性将具有重要意义。棕榈酰化修饰是目前国自然申请及高分文章发表的前沿与热点，为众多生理病理过程的研究提供了新的思路和视角。
参考文献
1. Das, T., J.S. Yount, and H.C. Hang, Protein S-palmitoylation in immunity. Open Biol, 2021. 11(3): p. 200411.
2. Ko, P.J. and S.J. Dixon, Protein palmitoylation and cancer. EMBO Rep, 2018. 19(10).
3. Pearson, H.B., P.A. Perez-Mancera, L.E. Dow, A. Ryan, P. Tennstedt, D.
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/pncKwmm-6kfg-nvFTV3l3Q返回搜狐，查看更多
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