綜述：棕櫚酰化修飾在細(xì)胞焦亡中的新作用

近日，中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心許代超研究員在Cell Press細(xì)胞出版社期刊Trends in Cell Biology 發(fā)表了題為“Emerging roles of palmitoylation in pyroptosis”的綜述。該論文全面系統(tǒng)地總結(jié)了棕櫚酰化修飾在細(xì)胞焦亡中扮演的各種角色，詳細(xì)歸納了棕櫚酰化修飾對(duì)細(xì)胞焦亡通路中關(guān)鍵蛋白的調(diào)控作用，并提出以棕櫚酰化為切入點(diǎn)來(lái)治療細(xì)胞焦亡相關(guān)的炎癥性疾病的策略。

細(xì)胞焦亡是由各種感染性和無(wú)菌性損傷引發(fā)的一種獨(dú)特的溶解性和炎癥性程序性細(xì)胞死亡，主要由膜成孔蛋白gasdermin（GSDM）介導(dǎo)。盡管在過(guò)去的十年中，細(xì)胞焦亡的發(fā)生機(jī)制已經(jīng)取得重大進(jìn)展，但是GSDM激活、膜轉(zhuǎn)運(yùn)和孔形成的分子機(jī)制仍未闡釋清楚。最近，多項(xiàng)研究揭示S-棕櫚酰化（一種脂酰化修飾，將棕櫚酸連接到靶蛋白半胱氨酸殘基）在NLRP3炎癥小體和GSDMD激活等多個(gè)層面上調(diào)控細(xì)胞焦亡，但相關(guān)分子機(jī)制仍有許多問(wèn)題亟待進(jìn)一步探究。因此系統(tǒng)性總結(jié)并歸納NLRP3和GSDMD棕櫚酰化修飾在細(xì)胞焦亡中的重要功能對(duì)于進(jìn)一步探究細(xì)胞焦亡發(fā)生的分子機(jī)制具有重要意義，并為潛在的治療策略提供啟示。

NLRP3棕櫚酰化調(diào)節(jié)炎癥小體和GSDMD介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡

NLRP3炎癥小體是一種大分子蛋白復(fù)合物，對(duì)維持機(jī)體平衡和抵御病原體感染至關(guān)重要，它由傳感器（NLRP3）、適配蛋白（ASC）和效應(yīng)器（Caspase-1）組成。NLRP3炎癥小體可檢測(cè)多種危險(xiǎn)信號(hào)，并通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡和分泌炎性細(xì)胞因子放大炎癥反應(yīng)。NLRP3的活性受多種翻譯后修飾控制，近期的多項(xiàng)研究表明，棕櫚酰化對(duì)NLRP3炎癥小體的活性具有調(diào)控作用，并產(chǎn)生不同效應(yīng)（圖1）。

NLRP3炎癥小體的激活受到多個(gè)半胱氨酸殘基棕櫚酰化的嚴(yán)格調(diào)控。在靜息狀態(tài)下，NLRP3的Cys130被棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶DHHC1/3/5/7棕櫚酰化，從而將其定位到跨高爾基網(wǎng)絡(luò)（TGN）[1-3]。DHHC1在Cys958處的棕櫚酰化作用進(jìn)一步將NLRP3募集到TGN[3]。受到焦亡性刺激后，Cys130和Cys901的棕櫚酰化會(huì)促進(jìn)NLRP3轉(zhuǎn)位至分散的TGN[1-4]。這將促進(jìn)NLRP3運(yùn)送到微管組織中心（MTOC），DHHC5在MTOC對(duì)Cys837, 838進(jìn)行棕櫚酰化，這增強(qiáng)了NLRP3的LRR結(jié)構(gòu)域與NEK7之間的相互作用[5]。去棕櫚酰基轉(zhuǎn)移酶ABHD17A可以逆轉(zhuǎn)這種棕櫚酰化[5]。隨后，DHHC17對(duì)Cys419進(jìn)行棕櫚酰化，進(jìn)一步增強(qiáng)NLRP3的NACHT結(jié)構(gòu)域與NEK7之間的相互作用，促進(jìn)NLRP3的寡聚化[6]。因此，不同位點(diǎn)的棕櫚酰化調(diào)節(jié)不同階段NLRP3-NEK7的相互作用和炎癥小體組裝。此外，為終止炎癥小體信號(hào)傳導(dǎo)，DHHC12會(huì)對(duì)NLRP3的Cys844進(jìn)行棕櫚酰化，這會(huì)促進(jìn)NLRP3被HSC70識(shí)別，通過(guò)自噬作用降解[7]。相反，去棕櫚酰基轉(zhuǎn)移酶PPT1對(duì)Cys8的去棕櫚酰化增加了NLRP3的蛋白穩(wěn)定性[8]。

因此，動(dòng)態(tài)和位點(diǎn)特異性的棕櫚酰化在不同階段（定位、激活、與NEK7相互作用、終止）精確調(diào)節(jié)NLRP3炎癥小體的組裝，維持炎癥小體信號(hào)傳導(dǎo)的平衡。雖然不同的酶在不同的位點(diǎn)和階段介導(dǎo)棕櫚酰化，但這些修飾之間的協(xié)調(diào)仍有待全面闡明。

GSDMD的棕櫚酰化促進(jìn)其激活和細(xì)胞焦亡

盡管在過(guò)去十年中對(duì)GSDMD介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡進(jìn)行了深入研究，但人們對(duì)GSDMD孔隙形成的動(dòng)態(tài)過(guò)程仍知之甚少。一個(gè)高度保守的半胱氨酸殘基—Cys191被確定為GSDMD介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵位點(diǎn)。最近的研究發(fā)現(xiàn)，Cys191的棕櫚酰化在細(xì)胞焦亡中起著重要作用[9-12]。包括DHHC5、7和9在內(nèi)的幾種棕櫚酰基轉(zhuǎn)移酶（PATs）介導(dǎo)這一過(guò)程，但具體的PATs因細(xì)胞類(lèi)型而異。去棕櫚酰基轉(zhuǎn)移酶APT2可逆轉(zhuǎn)GSDMD的棕櫚酰化[10]。

在巨噬細(xì)胞中，GSDMD在受到脂多糖LPS刺激后發(fā)生棕櫚酰化，這與NLRP3的組成型棕櫚酰化不同。LPS會(huì)通過(guò)上調(diào)PATs自棕櫚酰化（如DHHC7）和表達(dá)水平（如DHHC5, 9）來(lái)誘導(dǎo)GSDMD發(fā)生棕櫚酰化。此外，各種炎癥小體激活劑也會(huì)誘導(dǎo)GSDMD棕櫚酰化，這表明GSDMD棕櫚酰化可能是由應(yīng)激反應(yīng)激活。其中，活性氧ROS在誘導(dǎo)GSDMD棕櫚酰化方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。ROS能夠促進(jìn)炎癥小體激活劑誘導(dǎo)的GSDMD的棕櫚酰化，也可增強(qiáng)LPS誘導(dǎo)的棕櫚酰化。然而，ROS引發(fā)GSDMD棕櫚酰化的確切機(jī)制以及ROS的來(lái)源仍不清楚。

GSDMD的棕櫚酰化還可以多種方式促進(jìn)其激活和剪切。棕櫚酰化不僅可以促進(jìn)Caspase-1對(duì)GSDMD的切割，還能通過(guò)引發(fā)構(gòu)象改變克服GSDMD-C末端的自抑制作用，激活全長(zhǎng)的GSDMD。剪切后的GSDMD-N末端（GSDMD-NT）的棕櫚酰化還可增強(qiáng)其膜轉(zhuǎn)運(yùn)。因此，動(dòng)態(tài)棕櫚酰化可在不同階段精確調(diào)節(jié)GSDMD的激活、孔形成和細(xì)胞焦亡，這與NLRP3的調(diào)節(jié)作用類(lèi)似。這種修飾通過(guò)調(diào)節(jié)動(dòng)力學(xué)對(duì)細(xì)胞焦亡的炎癥反應(yīng)進(jìn)行精細(xì)調(diào)控（圖2）。

Gasdermin家族其他成員的棕櫚酰化

除GSDMD外，棕櫚酰化還能調(diào)節(jié)其他gasdermin家族成員。GSDMA、GSDMB、GSDMC和GSDME的N端都能被棕櫚酰化。此外，GSDME的C端已被證明對(duì)化療誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡非常重要。GSDME的C端被DHHC2、6、7、11和15棕櫚酰化后，會(huì)促進(jìn)GSDME的C端與其N(xiāo)端分離，從而促進(jìn)N端形成孔隙并引發(fā)細(xì)胞焦亡。雖然GSDME-NT棕櫚酰化的作用尚不清楚，但它可能同樣會(huì)影響膜轉(zhuǎn)運(yùn)和膜結(jié)合。

細(xì)菌的GSDMs也受到棕櫚酰化調(diào)節(jié)。其保守的N端半胱氨酸殘基發(fā)生棕櫚酰化后能夠穩(wěn)定自抑制狀態(tài)。但這種棕櫚酰化也能使細(xì)菌GSDMs在被激活后執(zhí)行膜插入并誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。因此，細(xì)菌似乎廣泛利用棕櫚酰化來(lái)協(xié)助GSDM的膜結(jié)合，從而削弱孔隙形成的能量障礙并誘導(dǎo)細(xì)菌裂解。由此可見(jiàn)，棕櫚酰化對(duì)細(xì)胞焦亡調(diào)控具有物種保守性。

總結(jié)與展望

總之，棕櫚酰化是NLRP3炎癥小體和GSDMD激活的關(guān)鍵調(diào)控步驟，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)我們了解細(xì)胞焦亡的啟動(dòng)和調(diào)控具有重要意義。NLRP3棕櫚酰化發(fā)生在炎癥小體激活的每個(gè)階段，并且可促進(jìn)或限制炎癥小體的激活，這具體取決于發(fā)生的時(shí)間和空間。與NLRP3棕櫚酰化的復(fù)雜性不同，GSDMD棕櫚酰化只發(fā)生在一個(gè)保守的半胱氨酸殘基上，而這個(gè)半胱氨酸殘基對(duì)細(xì)胞焦亡至關(guān)重要。GSDMD的棕櫚酰化作用顯然是決定GSDMD-NT在細(xì)胞焦亡過(guò)程中膜轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵因素，而且這一過(guò)程在細(xì)菌中是保守的。盡管取得了這些進(jìn)展，但我們對(duì)各種細(xì)胞焦亡性刺激與NLRP3和GSDMD棕櫚酰化之間的關(guān)聯(lián)機(jī)制的了解仍不甚清晰。此外，還需要更詳細(xì)地研究NLRP3不同位點(diǎn)的棕櫚酰化如何相互結(jié)合以及如何與GSDMD棕櫚酰化結(jié)合，這可能會(huì)揭示NLRP3和GSDMD在先天性免疫中的重要功能的另一層復(fù)雜性。因此，進(jìn)一步研究棕櫚酰化在細(xì)胞焦亡中的機(jī)制和作用具有顯著意義。