《Frontiers in Cell and Developmental Biology》：The palmitoylation code in cell death signaling: from molecular mechanisms to therapeutic opportunities
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本文系统综述了蛋白质棕榈酰化这一动态脂质修饰在调控多种程序性细胞死亡（如凋亡、坏死性凋亡、焦亡、铁死亡等）中的核心作用。文章深入阐释了其通过影响关键信号蛋白的稳定性、膜锚定及相互作用来精确决定细胞命运的分子机制，并揭示了该过程失调在癌症、神经退行性疾病和免疫炎症疾病发病中的关键地位。文中指出，针对特定棕榈酰化相关酶的活性进行干预，已成为开发新型疾病治疗策略的重要方向，展现了广阔的临床转化前景。
蛋白质的S-棕榈酰化是一种动态、可逆的脂质修饰过程，如同一个精密的“分子开关”，在细胞的生命与死亡之间扮演着关键裁决者的角色。这篇综述深入探讨了这一修饰如何精细调控多种程序性细胞死亡（RCD）通路，从而影响从基础生物学到疾病治疗的广阔领域。
棕榈酰化作为细胞死亡通路的分子控制器
棕榈酰化循环由棕榈酰酰基转移酶（PATs，如含有DHHC结构域的ZDHHC家族酶）和酰基蛋白硫酯酶（APTs，如APT1/2）共同维持，实现了对底物蛋白功能的时空精密调控。
在细胞凋亡途径中，棕榈酰化从内外两条路径施加影响。在线粒体介导的内在凋亡中，促凋亡蛋白Bax在Cys126位点的棕榈酰化对其线粒体定位、寡聚化及促凋亡活性至关重要。而在死亡受体介导的外在凋亡中，肿瘤坏死因子（TNF）刺激可募集DHHC5至细胞膜，催化受体相互作用蛋白激酶1（RIPK1）在Cys257位点发生棕榈酰化。这一修饰增强了RIPK1的疏水性，促进其与Fas相关死亡域蛋白（FADD）和Caspase-8等凋亡信号转导蛋白的相互作用，从而启动凋亡程序。
当谈到自噬依赖性细胞死亡，棕榈酰化几乎参与了自噬体生命周期的每一个环节。例如，ZDHHC13催化的ULK1酰化增强了其与膜磷脂的疏水相互作用，对于招募下游的磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）复合物至内质网膜以启动吞噬泡形成至关重要。ZDHHC5介导的自噬核心蛋白Beclin 1的棕榈酰化，则能稳定PI3K复合物，加速自噬体形成。此外，自噬受体p62的棕榈酰化增强了其与微管相关蛋白1A/1B-轻链3（LC3）阳性自噬体膜的亲和力，促进选择性自噬；而去棕榈酰化则会导致p62脂滴增大、与LC3结合减少，显著降低自噬效率。
在坏死性凋亡这条程序性坏死通路中，棕榈酰化同样是核心调节者。RIPK1的S-棕榈酰化显著促进了其向细胞表面的转运及其与上游TNFR1复合物的结合。当Caspase-8活性被抑制时，棕榈酰化的RIPK1会优先激活RIPK3-MLKL轴导致坏死性凋亡，而非转向促生存的核因子κB（NF-κB）通路，因此该修饰可被视为决定细胞走向凋亡还是坏死性凋亡的“分子开关”。对于最终的效应蛋白MLKL，初步证据表明其被RIPK3磷酸化后，棕榈酰化可能进一步稳定其活性构象，增强其对质膜磷脂酰肌醇磷酸（PIPs）的亲和力，从而加速寡聚化和膜孔形成。
焦亡是一种由Gasdermin（GSDM）家族蛋白驱动、伴随强烈炎症反应的程序性细胞死亡。棕榈酰化通过对上游信号传感器NLR家族Pyrin域包含蛋白3（NLRP3）炎症小体和下游核心执行者Gasdermin D（GSDMD）的精确调控，在此过程中扮演着不可或缺的角色。对于NLRP3，其激活、组装到终止的整个信号生命周期都受到时空特异的棕榈酰化事件精细调控。例如，ZDHHC7介导的修饰使NLRP3处于易于发生液-液相分离的状态，便于其在细胞受刺激后快速形成胞质斑点并启动炎症小体组装。ZDHHC1催化的棕榈酰化则促进NLRP3在不同细胞器间的动态运输，最终引导其到达微管组织中心（MTOC）实现完全激活。而ZDHHC5和ZDHHC17介导的修饰分别通过增强NLRP3与Nima相关激酶7（NEK7）的结合及稳定其NACHT结构域来加速炎症小体寡聚化。在信号终止阶段，ZDHHC12的棕榈酰化标记NLRP3并通过自噬途径降解它。
对于执行者GSDMD，其功能在切割、膜定位和成孔多个层面受到直接调控。在激活阶段，GSDMD在Cys191（人）或Cys192（鼠）位点的棕榈酰化是一个关键检查点，由ZDHHC7（或ZDHHC5/9）催化，可作为其被Caspase有效切割的前提。有趣的是，即使是对切割有抗性的GSDMD突变体，如果被强制棕榈酰化，仍然能够形成膜孔；相反，如果棕榈酰化位点缺陷，即使上游Caspase已被激活，焦亡也会被完全阻断。切割后，GSDMD-N末端的棕榈酰化增加了其疏水性，驱动其靶向并锚定在富含磷脂酰丝氨酸等脂质的细胞膜上。随后的机制存在分歧：“接力”模型提出需要APT2介导的动态去棕榈酰化步骤以使GSDMD-NT从膜锚上解离并促进寡聚化；而活性氧（ROS）依赖性激活模型则认为去棕榈酰化并非必需，棕榈酰化本身有助于稳定孔道结构。
铁死亡是一种铁依赖性的、由脂质过氧化物失控累积驱动的程序性细胞死亡。棕榈酰化通过调控该防御系统的核心蛋白，深刻影响细胞对铁死亡的敏感性。一方面，棕榈酰转移酶ZDHHC8可催化胱氨酸/谷氨酸反向转运体（系统Xc?）的关键亚基溶质载体家族7成员11（SLC7A11）在Cys327位点发生棕榈酰化，此举极大地增强了SLC7A11的蛋白稳定性，有效阻止其通过泛素化介导的溶酶体途径降解，从而保障了谷胱甘肽（GSH）的合成。另一方面，棕榈酰化对核心抗氧化酶谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）有着直接且精密的控制。在Cys66位点的棕榈酰化能增强GPX4的蛋白稳定性，而去棕榈酰酶APT2通过去除该位点的修饰促进其降解，增加铁死亡敏感性。此外，ZDHHC8还能在另一个位点Cys75催化GPX4的棕榈酰化，这一修饰特异性引导GPX4定位于脂质过氧化尤为活跃的内质网膜，使其能更高效地清除新生的脂质过氧化物，赋予细胞（如肿瘤细胞）强大的铁死亡抵抗能力。
棕榈酰化在疾病中的调节作用
在癌症中，棕榈酰化扮演着多面而情境依赖的角色。例如，在结直肠癌中，下调的酰基辅酶A氧化酶1（ACOX1）导致棕榈酸（PA）积累，进而促进β-连环蛋白（β-catenin）的棕榈酰化与稳定，最终导致Wnt/β-catenin通路异常激活。在肝癌中，高脂饮食提供的PA可被ZDHHC17/24用于驱动蛋白激酶B（AKT/PKB）的S-棕榈酰化，使其能够锚定在细胞膜上并被非经典途径激活。在神经胶质瘤中，ZDHHC8介导的SLC7A11棕榈酰化是抑制铁死亡、维持恶性肿瘤生长的关键机制。相反，在某些情况下，棕榈酰化也能发挥抑癌作用。例如，在弥漫性大B细胞淋巴瘤（DLBCL）中，棕榈酰转移酶ZDHHC21催化脂肪酸合酶（FASN）在Cys1317位点的修饰反而会降低FASN的稳定性，从而抑制脂肪酸合成和癌细胞生长。
在神经退行性疾病中，棕榈酰化失调与病理过程紧密相连。在阿尔茨海默病（AD）中，ZDHHC21介导的淀粉样前体蛋白（APP）棕榈酰化会引导其走向异常切割途径，产生更多易于聚集且具有神经毒性的Aβ42/43片段。硒蛋白K（SELENOK）/ZDHHC6轴对清道夫受体CD36的棕榈酰化对于其正确膜定位和有效清除Aβ至关重要，该过程缺陷会加剧神经炎症。在帕金森病（PD）中，棕榈酰化对α-突触核蛋白（α-syn）的调控具有双重性：微管相关蛋白6（MAP6）的棕榈酰化可降低α-syn的磷酸化水平和细胞毒性，而突触结合蛋白11（Syt11）的棕榈酰化则会增强α-syn与细胞内膜的结合并促进其聚集。在亨廷顿病（HD）中，突变亨廷顿蛋白（mHTT）的“低棕榈酰化”状态是其获得毒性、易于错误折叠和形成聚集体的关键上游事件。
在免疫与炎症性疾病中，棕榈酰化是控制先天和适应性免疫中关键蛋白生命周期的核心机制。例如，在系统性红斑狼疮（SLE）中，DHHC3催化的棕榈酰化负责将Toll样受体9（TLR9）从高尔基体运输至内体，而随后由棕榈酰蛋白硫酯酶1（PPT1）介导的去棕榈酰化则控制其在内体中的激活，抑制该循环任一步骤均可减少I型干扰素-α（IFN-α）的产生。针对炎症小体，ZDHHC7催化NLRP3在Cys126位点的棕榈酰化是其正确定位于反式高尔基体网络（TGN）并招募下游衔接蛋白ASC、从而驱动完整炎症小体组装的关键步骤。抑制这一步骤可有效缓解内毒素休克等炎症反应。值得注意的是，美国FDA已批准的药物双硫仑，其作用机制之一正是特异性阻断NLRP3的棕榈酰化，从而抑制炎症小体激活。
结论与展望
蛋白质S-棕榈酰化作为一个瞬态、可逆的翻译后修饰，从根本上掌控着细胞生存与死亡之间的平衡。对多种程序性细胞死亡通路中棕榈酰化特异性调节功能的深入揭示，不仅极大地丰富了我们对细胞死亡这一基础生物学过程的理解，也为开发靶向细胞死亡通路的新型疗法提供了坚实的理论基础。尽管已取得显著进展，该领域仍面临许多挑战与机遇，包括系统解析人体中23种DHHC酶和各种去棕榈酰化酶的底物特异性及其在特定病理过程中的功能分工，阐明棕榈酰化与磷酸化、泛素化等其他翻译后修饰之间的动态交叉对话，以及开发针对特定棕榈酰化或去棕榈酰化酶的高效、特异性小分子药物以实现精准治疗。这些研究有望在未来几年为重大疾病带来革命性的新疗法。
