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S-棕榈酰化（S-palmitoylation）是一种可逆的翻译后修饰（post-translational modification, PTM），通过硫酯键将棕榈酸（palmitic acid）共价连接至靶蛋白的半胱氨酸残基。该修饰对于调控膜相关蛋白的定位、稳定性及活性至关重要。本综述总结了S-棕榈酰化在细胞各区室中的机制与调控网络，重点阐述了其对质膜（plasma membrane）、内膜系统（endomembrane system）及线粒体（mitochondria）功能的影响。研究人员强调了S-棕榈酰化如何通过动态调控蛋白质-膜相互作用，调节包括信号转导（如RAS和PD-L1通路）、程序性细胞死亡（焦亡、凋亡、铁死亡及坏死性凋亡）以及代谢物转运在内的多种细胞过程。值得注意的是，zDHHC家族棕榈酰转移酶与去棕榈酰化酶（如PPT、APT和ABHD）负责该修饰的时空精准调控。在线粒体中，S-棕榈酰化通过代谢酶、凋亡信号、动力学及抗病毒反应特异性调节线粒体功能。新出现的证据将异常的S-棕榈酰化与包括癌症在内的多种疾病相关联，凸显了其作为治疗靶点的潜在价值。
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一、研究背景与意义
细胞膜作为细胞最外层的物理屏障，不仅维持细胞完整性，还承担信号转导和分子跨膜转运等关键生理功能。约25%的蛋白编码基因编码膜相关蛋白，这些蛋白与脂质和糖类共同构成膜的结构与功能异质性。内膜系统（包括内质网、高尔基体、溶酶体和转运囊泡）参与蛋白质折叠、脂质生物合成和囊泡运输，维持细胞稳态。线粒体作为细胞能量工厂，其双层膜结构和区室化过程对代谢和信号通路调控至关重要。这些膜系统的协调一旦被破坏，常与恶性肿瘤、神经系统及代谢性疾病密切相关。
S-棕榈酰化是一种可逆的翻译后修饰，通过硫酯键将棕榈酸连接至靶蛋白半胱氨酸残基，被认为是膜相关蛋白的重要调控因子。以往研究多集中于质膜、内质网和高尔基体，而对S-棕榈酰化如何调控线粒体膜及其他细胞器膜的认识仍不清晰。因此，该综述旨在系统梳理S-棕榈酰化在质膜和细胞器膜结构与功能调控中的作用，特别关注其对信号转导、蛋白质转运和能量代谢等关键细胞过程的影响，以及其在癌症病理中的潜在参与。
二、研究内容与主要结论
研究人员首先阐述了S-棕榈酰化的核心机制：棕榈酸通过CD36、脂肪酸转运蛋白（FATPs）和脂肪酸结合蛋白（FABPs）进入细胞，也可通过从头脂质合成（DNL）内源性合成。由于细胞内棕榈酰辅酶A浓度处于纳摩尔水平，不足以支持自发性S-棕榈酰化，因此需要zDHHC家族棕榈酰转移酶（PATs）催化，该家族在人类中包含23个成员。zDHHC酶通过两步过程完成底物棕榈酰化：先自身棕榈酰化形成酰基中间体，再将棕榈酰基转移至靶蛋白半胱氨酸残基。去棕榈酰化由丝氨酸水解酶家族介导，包括酰基蛋白硫酯酶（APT1/2）、棕榈酰蛋白硫酯酶（PPT1/2）和α/β-水解酶结构域蛋白（ABHD7、ABHD10、ABHD16A及ABHD17s）。棕榈酰化与去棕榈酰化之间的循环动态调控蛋白质的活性、稳定性、运输、定位、降解及蛋白质-蛋白质相互作用。
在检测技术方面，研究人员介绍了酰基-生物素交换（ABE）和代谢标记结合点击化学（MLCC）两种主要方法。ABE适用于所有样本类型包括临床组织和生物体液，可进行位点特异性鉴定但无法排除含硫酯的非S-棕榈酰化蛋白；MLCC适用于体外培养细胞，可区分S-、N-和O-棕榈酰化，但偏向于快速周转的S-棕榈酰化蛋白。两种方法互为补充。
在质膜层面，S-棕榈酰化通过三大核心过程对肿瘤细胞施加精准调控。信号转导方面，N-RAS、H-RAS和K-RAS4A在CAAX基序附近的半胱氨酸位点发生S-棕榈酰化增强其质膜锚定。N-RAS的S-棕榈酰化由高尔基体上的zDHHC9催化，增加其疏水性使其稳定锚定于质膜，并形成“亲和陷阱”以招募下游效应分子激活MAPK信号通路。去棕榈酰化酶ABHD17s介导的去棕榈酰化则促使N-RAS从质膜释放并循环回高尔基体再棕榈酰化，这一可逆循环为RAS信号提供时空保真度。PD-L1方面，zDHHC3介导的Cys272位点S-棕榈酰化阻止PD-L1的溶酶体降解，丧失该修饰则增加PD-L1与溶酶体的共定位并损害其抑制T细胞活化的能力。靶向Cys272的嵌合肽抑制剂PD-PALM可有效破坏PD-L1 S-棕榈酰化，减少PD-L1表达以降低免疫抑制。此外，B7家族免疫检查点受体B7-H3和B7-H4也被鉴定为棕榈酰化的新底物，分别由zDHHC24和zDHHC3催化，通过抑制自噬或溶酶体降解稳定蛋白以促进肿瘤免疫逃逸。
程序性细胞死亡方面，焦亡中GSDMD-NT在Cys191/192位点的S-棕榈酰化促进其质膜转位并增强膜亲和力，随后APT2介导的去棕榈酰化暴露Cys192使GSDMD-NT寡聚化形成跨膜孔。凋亡方面，CD95（Fas）在Cys199位点由zDHHC7棕榈酰化，增强其对脂筏微结构域的亲和力、促进寡聚化和DISC组装，并阻止溶酶体降解。慢性淋巴细胞白血病中APT1/2上调促进CD95去棕榈酰化，损害凋亡反应。铁死亡方面，zDHHC8介导的SLC7A11 Cys327棕榈酰化增加其稳定性减少泛素化降解，维持胱氨酸摄取和GSH池稳态，在胶质母细胞瘤中促进铁死亡抵抗。GPX4在Cys75由zDHHC8棕榈酰化招募至内质网以获取脂质底物，在Cys66由zDHHC20棕榈酰化破坏其泛素化以维持酶丰度。坏死性凋亡方面，TNFR1在Cys248维持组成型棕榈酰化，TNF结合后APT2介导去棕榈酰化作为从促生存向死亡诱导的信号开关。RIPK1在Cys256位点由zDHHC5以K63泛素化依赖方式棕榈酰化，许可其激酶活性促进细胞死亡。
代谢物转运方面，CD36的S-棕榈酰化调控脂肪酸摄取，脂肪酸结合激活LYN激酶磷酸化失活zDHHC5，CD36随后被APT1去棕榈酰化启动脂肪酸内吞。ABC转运蛋白ABCA1在Cys3/23/1110/1111位点棕榈酰化对其质膜定位和脂质外排功能至关重要，ABCG1在Cys311的棕榈酰化是其从内质网转运和流出活性的前提。葡萄糖转运方面，GLUT1在Cys207由zDHHC9棕榈酰化维持其质膜定位，在胶质母细胞瘤中增强葡萄糖供应促进肿瘤发生。氨基酸转运方面，ASCT2在Cys39和Cys48由zDHHC14棕榈酰化促进溶酶体降解，而ABHD17B介导的去棕榈酰化稳定ASCT2促进谷氨酰胺摄取。
在内膜系统层面，S-棕榈酰化精细调控NLRP3和STING两个关键免疫调节因子。NLRP3在多个半胱氨酸位点发生棕榈酰化，Cys130由zDHHC1/3/7催化锚定至反式高尔基体网络（TGN），Cys837/838由zDHHC5催化增强NLRP3与NEK7相互作用，而zDHHC12介导的Cys844棕榈酰化则促进NLRP3通过分子伴侣介导的自噬降解。STING在Cys88和Cys91的S-棕榈酰化促进其在高尔基体脂筏结构域聚集，招募TBK1并磷酸化IRF3以启动I型干扰素反应。cGAS在Cys404/405由zDHHC9棕榈酰化促进其二聚化和酶活性，最终上调肿瘤中PD-L1表达。
三、关键技术方法
研究人员主要运用了以下关键技术方法：ABE技术用于捕获和富集S-棕榈酰化蛋白并进行半定量检测及位点特异性鉴定；MLCC技术通过代谢标记结合点击化学实现S-棕榈酰化动态的时相研究；活性基于探针的蛋白质谱分析（ABPP）用于鉴定新型去棕榈酰化酶；单分子成像技术用于观察STING在TGN的动态聚集和脂质微环境形成；结构生物学方法解析zDHHC9-GCP16催化复合物的结构；基于细胞的高通量筛选平台用于鉴定靶向zDHHC9-GCP16复合物的小分子抑制剂。
四、研究结论与展望
该综述系统总结了S-棕榈酰化在质膜、内膜系统和线粒体中的调控机制，揭示了其通过动态控制蛋白质-膜相互作用来调节信号转导、程序性细胞死亡和代谢物转运等关键细胞过程。S-棕榈酰化与去棕榈酰化之间的可逆循环为膜相关蛋白的时空定位提供了精准调控，而zDHHC家族和去棕榈酰化酶在该循环中扮演核心角色。异常的S-棕榈酰化与多种癌症密切相关，靶向S-棕榈酰化循环的关键酶或其底物位点（如PD-L1 Cys272、PD-1 Cys192、GSDMD Cys191等）已展现出增强免疫治疗和诱导肿瘤细胞死亡的潜力。该综述强调了S-棕榈酰化作为癌症治疗靶点的广阔前景，为开发新型抗肿瘤策略提供了理论基础。
