綜述：棕櫚酰化修飾在細胞焦亡中的新作用

近日，中國科學院上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心許代超研究員在Cell Press細胞出版社期刊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胞焦亡中扮演的各種角色，詳細歸納了棕櫚酰化修飾對細胞焦亡通路中關(guān)鍵蛋白的調(diào)控作用，并提出以棕櫚酰化為切入點來治療細胞焦亡相關(guān)的炎癥性疾病的策略。

細胞焦亡是由各種感染性和無菌性損傷引發(fā)的一種獨特的溶解性和炎癥性程序性細胞死亡，主要由膜成孔蛋白gasdermin（GSDM）介導(dǎo)。盡管在過去的十年中，細胞焦亡的發(fā)生機制已經(jīng)取得重大進展，但是GSDM激活、膜轉(zhuǎn)運和孔形成的分子機制仍未闡釋清楚。最近，多項研究揭示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激活等多個層面上調(diào)控細胞焦亡，但相關(guān)分子機制仍有許多問題亟待進一步探究。因此系統(tǒng)性總結(jié)并歸納NLRP3和GSDMD棕櫚酰化修飾在細胞焦亡中的重要功能對于進一步探究細胞焦亡發(fā)生的分子機制具有重要意義，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)的細胞焦亡

NLRP3炎癥小體是一種大分子蛋白復(fù)合物，對維持機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炎癥小體可檢測多種危險信號，并通過誘導(dǎo)細胞焦亡和分泌炎性細胞因子放大炎癥反應(yīng)。NLRP3的活性受多種翻譯后修飾控制，近期的多項研究表明，棕櫚酰化對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半胱氨酸殘基棕櫚酰化的嚴格調(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的棕櫚酰化會促進NLRP3轉(zhuǎn)位至分散的TGN[1-4]。這將促進NLRP3運送到微管組織中心（MTOC），DHHC5在MTOC對Cys837, 838進行棕櫚酰化，這增強了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Cys419進行棕櫚酰化，進一步增強NLRP3的NACHT結(jié)構(gòu)域與NEK7之間的相互作用，促進NLRP3的寡聚化[6]。因此，不同位點的棕櫚酰化調(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傳導(dǎo)，DHHC12會對NLRP3的Cys844進行棕櫚酰化，這會促進NLRP3被HSC70識別，通過自噬作用降解[7]。相反，去棕櫚酰基轉(zhuǎn)移酶PPT1對Cys8的去棕櫚酰化增加了NLRP3的蛋白穩(wěn)定性[8]。

因此，動態(tài)和位點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，維持炎癥小體信號傳導(dǎo)的平衡。雖然不同的酶在不同的位點和階段介導(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的棕櫚酰化促進其激活和細胞焦亡

盡管在過去十年中對GSDMD介導(dǎo)的細胞焦亡進行了深入研究，但人們對GSDMD孔隙形成的動態(tài)過程仍知之甚少。一個高度保守的半胱氨酸殘基—Cys191被確定為GSDMD介導(dǎo)的細胞焦亡的關(guān)鍵位點。最近的研究發(fā)現(xiàn)，Cys191的棕櫚酰化在細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)這一過程，但具體的PATs因細胞類型而異。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會通過上調(diào)PATs自棕櫚酰化（如DHHC7）和表達水平（如DHHC5, 9）來誘導(dǎo)GSDMD發(fā)生棕櫚酰化。此外，各種炎癥小體激活劑也會誘導(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能夠促進炎癥小體激活劑誘導(dǎo)的GSDMD的棕櫚酰化，也可增強LPS誘導(dǎo)的棕櫚酰化。然而，ROS引發(fā)GSDMD棕櫚酰化的確切機制以及ROS的來源仍不清楚。

GSDMD的棕櫚酰化還可以多種方式促進其激活和剪切。棕櫚酰化不僅可以促進Caspase-1對GSDMD的切割，還能通過引發(fā)構(gòu)象改變克服GSDMD-C末端的自抑制作用，激活全長的GSDMD。剪切后的GSDMD-N末端（GSDMD-NT）的棕櫚酰化還可增強其膜轉(zhuǎn)運。因此，動態(tài)棕櫚酰化可在不同階段精確調(diào)節(jié)GSDMD的激活、孔形成和細胞焦亡，這與NLRP3的調(diào)節(jié)作用類似。這種修飾通過調(diào)節(jié)動力學對細胞焦亡的炎癥反應(yīng)進行精細調(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端已被證明對化療誘導(dǎo)的細胞焦亡非常重要。GSDME的C端被DHHC2、6、7、11和15棕櫚酰化后，會促進GSDME的C端與其N端分離，從而促進N端形成孔隙并引發(fā)細胞焦亡。雖然GSDME-NT棕櫚酰化的作用尚不清楚，但它可能同樣會影響膜轉(zhuǎn)運和膜結(jié)合。

細菌的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菌GSDMs在被激活后執(zhí)行膜插入并誘導(dǎo)細胞死亡。因此，細菌似乎廣泛利用棕櫚酰化來協(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)細菌裂解。由此可見，棕櫚酰化對細胞焦亡調(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)對我們了解細胞焦亡的啟動和調(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階段，并且可促進或限制炎癥小體的激活，這具體取決于發(fā)生的時間和空間。與NLRP3棕櫚酰化的復(fù)雜性不同，GSDMD棕櫚酰化只發(fā)生在一個保守的半胱氨酸殘基上，而這個半胱氨酸殘基對細胞焦亡至關(guān)重要。GSDMD的棕櫚酰化作用顯然是決定GSDMD-NT在細胞焦亡過程中膜轉(zhuǎn)運的關(guān)鍵因素，而且這一過程在細菌中是保守的。盡管取得了這些進展，但我們對各種細胞焦亡性刺激與NLRP3和GSDMD棕櫚酰化之間的關(guān)聯(lián)機制的了解仍不甚清晰。此外，還需要更詳細地研究NLRP3不同位點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，進一步研究棕櫚酰化在細胞焦亡中的機制和作用具有顯著意義。