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 發表了題為“Emerging roles of palmitoylation in pyroptosis”的綜述。該論文全面系統地總結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鍵蛋白的調控作用，并提出以棕櫚酰化為切入點來治療細胞焦亡相關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。盡管在過去的十年中，細胞焦亡的發生機制已經取得重大進展，但是GSDM激活、膜轉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控細胞焦亡，但相關分子機制仍有許多問題亟待進一步探究。因此系統性總結并歸納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棕櫚酰化調節炎癥小體和GSDMD介導的細胞焦亡

NLRP3炎癥小體是一種大分子蛋白復合物，對維持機體平衡和抵御病原體感染至關重要，它由傳感器（NLRP3）、適配蛋白（ASC）和效應器（Caspase-1）組成。NLRP3炎癥小體可檢測多種危險信號，并通過誘導細胞焦亡和分泌炎性細胞因子放大炎癥反應。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控作用，并產生不同效應（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控。在靜息狀態下，NLRP3的Cys130被棕櫚酰轉移酶DHHC1/3/5/7棕櫚酰化，從而將其定位到跨高爾基網絡（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結構域與NEK7之間的相互作用[5]。去棕櫚酰基轉移酶ABHD17A可以逆轉這種棕櫚酰化[5]。隨后，DHHC17對Cys419進行棕櫚酰化，進一步增強NLRP3的NACHT結構域與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節不同階段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，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，去棕櫚酰基轉移酶PPT1對Cys8的去棕櫚酰化增加了NLRP3的蛋白穩定性[8]。

因此，動態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）精確調節NLRP3炎癥小體的組裝，維持炎癥小體信號傳導的平衡。雖然不同的酶在不同的位點和階段介導棕櫚酰化，但這些修飾之間的協調仍有待全面闡明。

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介導的細胞焦亡進行了深入研究，但人們對GSDMD孔隙形成的動態過程仍知之甚少。一個高度保守的半胱氨酸殘基—Cys191被確定為GSDMD介導的細胞焦亡的關鍵位點。最近的研究發現，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在內的幾種棕櫚酰基轉移酶（PATs）介導這一過程，但具體的PATs因細胞類型而異。去棕櫚酰基轉移酶APT2可逆轉GSDMD的棕櫚酰化[10]。

在巨噬細胞中，GSDMD在受到脂多糖LPS刺激后發生棕櫚酰化，這與NLRP3的組成型棕櫚酰化不同。LPS會通過上調PATs自棕櫚酰化（如DHHC7）和表達水平（如DHHC5, 9）來誘導GSDMD發生棕櫚酰化。此外，各種炎癥小體激活劑也會誘導GSDMD棕櫚酰化，這表明GSDMD棕櫚酰化可能是由應激反應激活。其中，活性氧ROS在誘導GSDMD棕櫚酰化方面發揮了關鍵作用。ROS能夠促進炎癥小體激活劑誘導的GSDMD的棕櫚酰化，也可增強LPS誘導的棕櫚酰化。然而，ROS引發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，還能通過引發構象改變克服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運。因此，動態棕櫚酰化可在不同階段精確調節GSDMD的激活、孔形成和細胞焦亡，這與NLRP3的調節作用類似。這種修飾通過調節動力學對細胞焦亡的炎癥反應進行精細調控（圖2）。

Gasdermin家族其他成員的棕櫚酰化

除GSDMD外，棕櫚酰化還能調節其他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運和膜結合。

細菌的GSDMs也受到棕櫚酰化調節。其保守的N端半胱氨酸殘基發生棕櫚酰化后能夠穩定自抑制狀態。但這種棕櫚酰化也能使細菌GSDMs在被激活后執行膜插入并誘導細胞死亡。因此，細菌似乎廣泛利用棕櫚酰化來協助GSDM的膜結合，從而削弱孔隙形成的能量障礙并誘導細菌裂解。由此可見，棕櫚酰化對細胞焦亡調控具有物種保守性。

總結與展望

總之，棕櫚酰化是NLRP3炎癥小體和GSDMD激活的關鍵調控步驟，這一發現對我們了解細胞焦亡的啟動和調控具有重要意義。NLRP3棕櫚酰化發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，這具體取決于發生的時間和空間。與NLRP3棕櫚酰化的復雜性不同，GSDMD棕櫚酰化只發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運的關鍵因素，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棕櫚酰化之間的關聯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合以及如何與GSDMD棕櫚酰化結合，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。