2021年蛋白棕榈化修饰在心血管疾病中的研究进展（全文）

2021年蛋白棕榈化修饰在心血管疾病中的研究进展（全文）

2021年蛋白棕榈化修饰在心血管疾病中的研究进展（全文）

蛋白需经过DNA复制，转录形成RNA，转录后加工，翻译成蛋白，翻译后加工转运等一系列复杂过程才具有生物学活性。有些蛋白需要定位在细胞特定的亚器，如细胞膜，才能发挥其正常的生物学功能。在这些蛋白中，有些属于膜内在受体，可以直接定位在细胞膜，如G蛋白偶联受体，而有些蛋白则要经过翻译后修饰才可以准确定位到细胞膜，如法尼基化，棕榈酰化，豆蔻酰化等，因此这些修饰对于蛋白的功能至关重要[1]。其中，棕榈酰化是唯一可逆的脂质修饰，广泛存在于各组织系统中，这种修饰过程参与了多种疾病的发生发展过程，与肿瘤，神经系统疾病和心血管系统等疾病的发生发展密切相关。

一、蛋白的脂质化修饰

蛋白的翻译后加工包括磷酸化、糖基化、甲基化、羟基化和脂质化修饰等。其中蛋白质的脂质化修饰是蛋白质翻译后加工修饰中重要的一种，指蛋白质与脂质分子的共价结合。根据蛋白质结合脂肪酸链的不同，可将其以分为法尼基化、豆蔻酰化、酰基化和异戊烯化等脂质修饰[2,3]。脂质化修饰对于蛋白定位、转运及蛋白质间相互作用和信号传导具有重要的意义[4－6]。现今约有5％的人类基因组编码蛋白参与了这些翻译后的调控修饰[7]。研究表明，对于棕榈酰化修饰缺陷的N–Ras(c186s)虽然仍有GTP 结合效率，但是其不能结合在胞膜上，因此缺乏对下游通路激活的的能力

[8]。脂质化修饰程度不同直接影响此蛋白与细胞膜的结合能力，当蛋白只经过法尼基化单一修饰时只能与细胞膜进行短暂的结合，当经过两次脂质修饰，即法尼基化和棕榈酰化修饰后，蛋白与细胞膜的解离速率可以长达几个小时。当单一对于棕榈酰化修饰而言时，只有1个棕榈酰修饰位点的N－Ras在细胞膜停留的半衰期只有不到5分钟，而有两个棕榈酰化修饰位点的H－Ras，其的半衰期却可以延长到20分钟[4]。可见，脂质修饰与蛋白的膜定位及其活性有密切关系。

二、蛋白的棕榈酰修饰及相关酶

在脂质化的多种修饰中，只有棕榈酰化修饰是可逆的修饰过程。它是指16个碳的脂肪酸棕榈酸盐通过硫酯键在棕榈酰转移酶（palmitoyl transferases，PATs）的作用下结合到靶蛋白的特定半胱氨酸残基上，再在蛋白质棕榈酰基硫酯酶（protein palmitoyl thioesterase，PPT）作用下硫酯键水解，实现去棕榈酰化，实现了可逆的循环过程[9,10]。蛋白的棕榈酰化修饰对蛋白转运，定位，信号传导起到非常重要的作用。这种动态的棕榈酰循环最初是1981年在transferrin受体蛋白上发现的，随后几年ankyrin和p21NRas蛋白也相继发现存在这种脂质修饰过程[11－13]。

PATs可以催化蛋白质的S－棕榈酰化，是一组含有高度保守的半胱氨酸富集的DHHC结构域的跨膜蛋白。Fukata[13]筛选人鼠基因库，发现了23个DHHC基因，编码23种不同DHHC蛋白。DHHC蛋白最早

是在酵母中被发现的。其中，DHHC结构域中的半胱氨酸残基，对于PATs 的酶活性具有决定作用，能够影响其空间结构和定位。DHHC蛋白广泛的存在于从植物到人类的各个物种中，且对不同的催化蛋白具有特异性[14]。这一家族在不同物种中的同源基因具有高度保守性，但是同一物种不同成员之间的序列保守性却很差。

在棕榈酰修饰中还另一类关键蛋白，即棕榈酰蛋白硫酯酶（palmitoyl protein thioesterases，PPTs），它们可以去除棕榈酰化修饰。PPTs发现的比PATs要早，1993年PPT1在牛脑组织匀浆中发现，其可以去除提前经[3H]棕榈酰标记的H－Ras和Gα的棕榈酸盐[15]。虽然PPTs发现较早，但是有关PPTs的作用蛋白，及其特异性等相关研究却少有报道，迄今为止被确定为PPTs的也只有PPT1，APT1，APT2，APTL1等[16]。PPTs属于丝氨酸水解酶，含有激活的丝氨酸位点，用以水解多肽，蛋白以及脂质的酰胺，酯及硫脂键[17]。随后，有研究发现PPT1缺陷可以导致婴儿型神经元蜡样质脂褐质沉积病，这种病是由于脂质修饰的蛋白质积累在神经元导致神经退行性溶酶体贮积失调而引起[18]。但是有关PPT1在胞质中棕榈化修饰机制尚不清楚。随后的三年，即1996年，另一种PPT 被日本科学家

Hiroyuki等人发现，而此蛋白最早发现时却是作为一种Lysophospholipases（溶血磷脂酶）在大鼠的肝脏中提取出来的，所以这个蛋白叫Lypla1，即APT1（acyl protein thioesterases 1）[19]。所以APT1同时兼有两种酶的活性，但是其棕榈酰化硫脂酶的活性要远远大于溶血磷脂酶活性，相差约100倍[20]。随后越来越多的APT1作用蛋白

相继被发现，如eNOS，Gα，SNAP－23和病毒蛋白[21－23]，并参与了相应的疾病病理过程。

三、棕榈酰蛋白硫酯酶的棕榈酰化修饰

APT1和APT2作为最现今最主要的两种棕榈酰化硫脂酶，在其的N －端都有一个棕榈酰化修饰的半胱氨酸位点，使得这两个蛋白和其他它们它们作用的蛋白一样也可以定位于细胞膜，而正是这种作用，也促进了这两个蛋白与其靶蛋白在胞膜的结合，从而行使相应功能。Kong et al.等[24]发现棕榈酰化可以促进APT1在细胞膜的聚集，并且催化棕榈酰化蛋白的去棕榈酰。随后，Vartak等发现，非棕榈酰化的APTs还可以与棕榈酰化的蛋白在细胞内膜系统结合，说明去棕榈酰化过程是一个短暂而广泛存在的修饰过程[25]。APTs可以帮助错误定位的棕榈酰蛋白去棕榈酰化，重新定位于高尔基复合体，在那里这些蛋白可以重新棕榈酰化修饰，所以对于很多棕榈酰蛋白主要定位集中于高尔基复合体。棕榈酰化的APT1和APT2部分定位于高尔基复合体，在那里这两个蛋白相互结合而去棕榈酰化，使他们重新进入胞浆。而且研究者发现在高尔基存在一个负反馈的棕榈酰化循环，即，棕榈酰化可以招募去棕榈酰酶，使得高尔基的棕榈酰和去棕榈酰化达到一种平衡。所以，从这些结果来看，去棕榈酰酶APTs只是作为一个调控者，而不是关键因子存在，这也就解释为什么在低等动物中，APT1的棕榈酰半胱氨酸的保守性并不好。当阻止去棕榈化过程就会延长蛋白与质膜的结合，使得蛋白错误定位于内膜系统。这样就会消耗定位于细胞膜的N－Ras，H－Ras，减弱其下游信号通路从而抑制肿瘤的发生发展[26]。

四、棕榈酰化与心血管病的关系