Mol Cancer：重庆大学徐波等团队合作研究表明ZDHHC20介导的S-棕榈酰化脂肪酸合成酶（FASN）促进肝癌的发生

蛋白棕榈酰化是一种可逆的脂肪酰基修饰，在多种生理过程中起重要作用。棕榈酰化失调通常与癌症的形成有关。S-棕榈酰化棕榈酰转移酶如何参与肝细胞癌（HCC）的发生和发展在很大程度上是未知的。

2024年12月19日，重庆大学徐波，复旦大学Xiao Mingming共同通讯在Molecular Cancer 在线发表题为“ZDHHC20 mediated S-palmitoylation of fatty acid synthase (FASN) promotes hepatocarcinogenesis”的研究论文。该研究结果证明了ZDHHC20在促进肝癌发生中的关键作用，以及蛋白质棕榈酰化和泛素化修饰相互限制模式的机制。

研究采用化学致癌物二乙基亚硝胺（DEN）诱导和DEN联合CCl4肝癌模型，以锌指DHHC型棕榈酰转移酶20 （ZDHHC20）敲除小鼠为实验对象，探讨ZDHHC20在HCC肿瘤发生中的作用。通过棕榈酰化液相色谱-质谱法、酰基-生物素交换法、共免疫沉淀法、泛素化法、蛋白质半衰期法和免疫荧光显微镜等方法探讨ZDHHC20在HCC中的下游调控因子及其作用机制。在体内敲除ZDHHC20可显著降低两种HCC小鼠模型中化学制剂诱导的肝癌发生。发现97个具有123个半胱氨酸位点的蛋白以依赖ZDHHC20的方式棕榈酰化。其中，脂肪酸合成酶（FASN）在1471和1881半胱氨酸位点被ZDHHC20棕榈酰化。基因敲除或药物抑制ZDHHC20，以及FASN关键半胱氨酸位点（C1471S/C1881S）的突变加速了FASN的降解。此外，ZDHHC20介导的FASN棕榈酰化通过E3泛素连接酶复合物SNX8-TRIM28与泛素-蛋白酶体途径竞争。

蛋白质翻译后修饰（PTMs）是对翻译后的蛋白质氨基酸残基进行化学修饰，以调节蛋白质的活性、定位、折叠以及蛋白质与其他生物大分子之间的相互作用。迄今为止，已经发现了数百种PTMs，包括磷酸化、甲基化、乙酰化、泛素化、糖基化和酰化。其中，蛋白棕榈酰化是一种酰化修饰，具有动态可逆特性。S-棕榈酰化是棕榈酰化的主要类型，是指16碳脂肪酸通过硫酯键与半胱氨酸巯基连接，从而影响蛋白质的结构、定位、稳定性、成熟、运输以及调节膜受体、离子通道等（病理）生理过程的功能。在哺乳动物细胞中，S-棕榈酰化是由23个锌指天冬氨酸-组氨酸-组氨酸-半胱氨酸（ZDHHC）蛋白酰基转移酶（PATs）家族介导的。越来越多的研究表明，S-棕榈酰化的改变与肿瘤密切相关。数百种蛋白质已被证实为棕榈酰化底物，它们是许多疾病特别是神经系统疾病和癌症发展的关键驱动因素。例如，ZDHHC7和ZDHHC21通过介导ERα的棕榈酰化在乳腺癌细胞的增殖中发挥重要作用。ZDHHC18和ZDHHC23在胶质瘤细胞中表达上调，并通过介导原癌基因BMI1棕榈酰化促进胶质瘤在肿瘤微环境中的存活。ZDHHC5催化的棕榈酰化可能与p53突变的不良预后有关。

肝细胞癌（HCC）是最具侵袭性和主要类型的原发性肝癌，由于其复杂的发病机制和有限的诊断工具和治疗方法，全球发病率和病死率很高。HCC的发生主要是由肝损伤、反复炎症、肝纤维化和代偿性肝细胞增殖的反复循环引起的。尽管近年来在HCC的病理生理机制和治疗方面取得了进展，但治疗效果仍然不足，总体预后仍不满意。因此，阐明肝癌发生的分子背景将为HCC的早期筛查生物标志物和有效治疗靶点提供见解。许多研究表明，HCC的发生、转移和侵袭与PTM活性异常密切相关。例如，蛋白激酶c - δ (PKCδ)激活胰岛素样生长因子-1受体（IGF1R），细胞外调节蛋白激酶1/2 （ERK1/2）活性增强以加速HCC的生长。然而，S-棕榈酰化在HCC中的特性目前尚不清楚，彻底探索关键的ZDHHC家族和关键底物是必要的。

研究的总体过程和机理的示意图（图源自Molecular Cancer ）

ZDHHC20是ZDHHC家族的一员，已报道在不同的生理过程中发挥作用。2018年，Rana等人分析了ZDHHC20的三维结构，确认了其在棕榈酰化修饰过程中的两个活性位点。ZDHHC20在多种肿瘤中高表达，抑制其活性可以达到治疗癌症的目的。乳腺癌和肺癌的研究表明，表皮生长因子受体（EGFR）被ZDHHC20棕榈酰化，通过抑制ZDHHC20阻断EGFR棕榈酰化可能抑制KRAS突变体原发性肺腺癌的形成。然而，在黑色素瘤中，ZDHHC20被发现介导黑色素瘤细胞粘附分子（MCAM）棕榈酰化，促进极化定位和细胞侵袭。同样，一些研究发现了ZDHHC20的许多底物，包括YTHDF3、NCAM1和VAMP7，它们的棕榈酰化可以促进胰腺癌的进展和转移。有小组研究了ZDHHC20在肝细胞癌（LIHC）转移和凋亡中的作用，提出ZDHHC20在LIHC中具有显著的临床和免疫相关性。

致癌信号与脂质代谢相互整合、相互调节，促进癌细胞的生长、存活、增殖、迁移、侵袭和转移。脂肪酸合成酶（FASN）是哺乳动物体内合成内源性脂肪酸的必需酶。酶活性的异常或FASN的异常表达对肿瘤细胞的存活起着重要作用，它可以提供肿瘤细胞存活所需的能量和结构物质。最近的研究探索了PTM对FASN表达和蛋白水平的影响，证明FASN是许多与脂质代谢相关的疾病（如肥胖、非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）和HCC）的治疗靶点。先前的研究已经有力地证明了乙酰辅酶A羧化酶(ACC) /FASN轴在肝癌发生中起着至关重要的作用。从药理学上阻断FASN可能成为一种新的有效的HCC治疗策略。FASN的许多PTMs已被确定，如泛素化、SUMOylation和乙酰化。其中，泛素化是调控FASN蛋白水平的重要途径。FASN的降解受E3连接酶TRIM28调控。有研究发现分类连接蛋白8 （SNX8）通过募集TRIM28并增强TRIM28-FASN相互作用介导FASN蛋白降解，从而成为NAFLD的关键抑制因子。由此可见，涉及FASN的信号通路对肝脏疾病的生物学过程和活动具有不可替代的影响。进一步探索FASN的肿瘤特异性调控有助于探索新的癌症治疗机会。

研究证明了小鼠中ZDHHC20敲除导致化学诱导的肝癌发生减少。FASN在胱氨酸1471和1881残基上被ZDHHC20 S-棕榈酰化，通过阻断SNX8-TRIM28复合物诱导的FASN泛素-蛋白酶体相关降解促进其稳定。在小鼠模型中，干扰ZDHHC20介导的FASN棕榈酰化可减轻HCC的形成，表明ZDHHC20在HCC的发生和发展中起重要作用。这些发现也表明，ZDHHC20可能是治疗HCC的一个有希望的生物标志物和治疗靶点。

参考消息：

https://molecular-cancer.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12943-024-02195-5