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本文聚焦于蛋白质脂化修饰中的 S - 酰化（S-acylation）。其在细胞凋亡、坏死性凋亡（necroptosis）和焦亡（pyroptosis）等过程中，通过调节关键蛋白功能影响膜动力学。这为理解细胞死亡机制及相关疾病治疗提供了新思路，值得深入研读。
S - 酰化在凋亡和非凋亡细胞死亡中的作用：膜动力学和蛋白质功能的核心调节因子
蛋白质脂化是一类重要的翻译后修饰，它能调节蛋白质的定位和稳定性。蛋白质脂化通过促进蛋白质与细胞膜的相互作用，改变蛋白质相互作用的局部环境，进而影响蛋白质的功能。在这些修饰中，S - 酰化已成为各种细胞过程的关键调节因子，包括不同形式的细胞死亡。本文将重点探讨 S - 酰化在凋亡、坏死性凋亡和焦亡中的作用。
S - 酰化是一种常见的蛋白质脂化类型
S - 酰化主要由一类称为蛋白质酰基转移酶（zDHHCs 或 PATs）的酶催化，这类酶具有保守的 DHHC（Asp-His-His-Cys）基序，该基序是酶催化位点的关键部分，对介导 S - 酰化反应至关重要。S - 酰化过程是可逆的，酰基蛋白硫酯酶（APTs）和棕榈酰蛋白硫酯酶可促进其逆反应。这种动态调节改变了蛋白质的膜亲和力，从而调节蛋白质的亚细胞定位和活性。
zDHHC 蛋白定位于各种细胞膜，包括质膜、高尔基体、内质网（ER）和内体。它们的分布使得它们能够在不同的细胞区室中修饰多种底物，从而在信号转导和囊泡运输等各种细胞过程中发挥作用。不同的 zDHHC 酶具有底物特异性，这受细胞定位、相互作用结构域和序列基序等因素影响。此外，zDHHC 酶的活性还可在多个水平上受到调节，如磷酸化、泛素化、与支架蛋白的相互作用以及周围膜的脂质组成等。
传统上，S - 酰化常与棕榈酸（C16:0 脂肪酸）的结合（即棕榈酰化）相关，但最近的研究表明，其他脂肪酸也可参与 S - 酰化。例如，对血小板中 S - 酰化蛋白质的全球分析显示，约 70% 的蛋白质被 C16:0 脂肪酸修饰，22% 被 C18:0 脂肪酸修饰，4% 被 C18:1 脂肪酸（油酸）修饰。不同的 zDHHC 酶对脂肪酸链长度有不同的偏好，如 zDHHC2 偏好 14 个碳或更长的酰基链，而 zDHHC3 则对 16 个碳或更短的酰基链有强烈偏好。
S - 酰化在凋亡和非凋亡程序性细胞死亡中的作用
S - 酰化主要通过将蛋白质定位到特定的膜区域，从而调节其活性以及与其他蛋白质的相互作用，在凋亡、坏死性凋亡和焦亡等程序性细胞死亡机制中发挥关键作用。这些过程的一个共同特征是细胞膜和质膜的透化。在凋亡中，细胞会被巨噬细胞清除；在坏死性凋亡和焦亡中，则会引发炎症反应。S - 酰化因其在将这些过程的关键信号蛋白靶向到膜上，并对蛋白质功能和膜完整性的贡献而受到广泛关注。在坏死性凋亡和焦亡等途径中，脂化可将参与孔形成和膜破坏的关键蛋白质引导到质膜，促进细胞死亡机制和相关的炎症活动。
多种凋亡蛋白调节因子被 S - 酰化
凋亡是研究最为广泛的程序性细胞死亡形式之一，对维持多细胞生物的细胞稳态和发育至关重要。该过程涉及一系列严格调控的事件，包括细胞收缩、染色质凝聚、膜起泡，最终细胞碎片化形成凋亡小体，随后被吞噬细胞清除。凋亡的起始和执行由两条主要途径控制：内在（线粒体）途径和外在（死亡受体）途径。内在途径由 BCL-2 蛋白家族的促凋亡和抗凋亡成员之间的平衡调节，如 BAK（促凋亡）和 BCL-2、BCL-XL（抗凋亡），它们调节线粒体外膜的透化。外在途径则由死亡配体与其各自的细胞表面受体（如 FAS 和 TNF 受体）结合触发，导致 caspase-8 激活，随后下游 caspase 激活。
S - 酰化已成为影响各种凋亡调节因子定位、稳定性和功能的重要翻译后修饰，涉及内在和外在凋亡途径。例如，BAX 会发生 S - 酰化，在凋亡过程中，其 α5 螺旋上的 Cys 126 位点发生 S - 酰化，介导 BAX 向线粒体膜的募集。一旦到达线粒体，BAX 会导致线粒体外膜透化，释放细胞色素 c，启动下游 caspase 的激活和凋亡级联反应。而且，线粒体中的 BAX 可被 APTs 去酰化，这突出了 S - 酰化在膜募集和结合中的动态作用，调节 BAX 介导的线粒体膜透化。
虽然关于 caspases 的 S - 酰化研究有限，但这种脂质修饰有可能影响其亚细胞分布和激活。有研究表明，caspase-6 可被棕榈酰转移酶 zDHHC17 进行 S - 酰化，这种 S - 酰化通过阻止其底物结合和二聚化来抑制 caspase-6 的激活，表明 S - 酰化可能是调节 caspase 活性的一种机制。
FAS 受体（也称为 CD95 或 APO-1）是凋亡外在途径的关键组成部分，属于肿瘤坏死因子受体超家族。FAS 受体的 S - 酰化在调节其在质膜中的定位和功能方面起着重要作用。FAS 在靠近跨膜结构域的 Cys 199 位点发生 S - 棕榈酰化，由 zDHHC7 催化。S - 棕榈酰化通过介导 FAS 与某些膜区域的结合来调节其活性，促进 FAS 在富含胆固醇和鞘脂的特殊膜微区室中聚集，为受体聚集和死亡诱导信号复合物的组装提供平台，增强凋亡活性。此外，S - 酰化还可将 FAS 受体锚定在这些区域，维持其在质膜上的水平，防止其被溶酶体降解。与 BAX 类似，FAS 的可逆去脂化确保了受体的活性可根据细胞条件进行调节，可能影响凋亡诱导的阈值。
S - 酰化的 MLKL 影响其在坏死性凋亡中的功能
坏死性凋亡，即程序性坏死，是一种非凋亡的调节性细胞死亡形式，与多种疾病相关，如缺血 / 再灌注损伤、心肌梗死和癌症，也是这些疾病相关炎症反应的驱动因素。坏死性凋亡在表型上具有坏死性细胞死亡的特征，如细胞和细胞器肿胀以及质膜透化，导致细胞因子和其他分子释放到细胞外基质中，引发炎症。
坏死性凋亡主要由受体相互作用蛋白激酶 1 和 3（RIPK1/RIPK3）的活性驱动。在 caspase-8 活性较低的情况下，这些激酶与混合谱系激酶结构域样蛋白（MLKL）形成复合物，磷酸化 MLKL。磷酸化的 MLKL 寡聚化并转移到质膜，诱导质膜透化和细胞死亡。MLKL 与膜的相互作用最初由与膜磷脂的静电相互作用介导。
近期研究表明，在坏死性凋亡过程中，MLKL 及其磷酸化形式（pMLKL）会被棕榈酸和超长链脂肪酸进行 S - 酰化。这种修饰通过两种关键机制增强 MLKL 与膜的结合并加剧膜透化：一是增加膜结合促进膜透化；二是超长链脂肪酸酰化诱导脂质堆积的局部破坏，促进膜不稳定。研究发现 zDHHC21 是 MLKL 酰化的关键酶，灭活 zDHHC21 会显著降低 MLKL 和 pMLKL 的水平，改善膜完整性，并使膜上的蛋白质不稳定，导致其降解。
有趣的是，虽然 MLKL 和 pMLK 主要经历单 S - 酰化，但人 MLKL 中的三个半胱氨酸残基（C184、C269 和 C286）是这种修饰的潜在靶点。分子动力学模拟表明，这些半胱氨酸与膜脂质相互作用的倾向不同。一种机制认为，在坏死性凋亡过程中，一个半胱氨酸的酰化以及酰基部分插入膜中，可能会使 MLKL 锁定在特定构象，进而使其余半胱氨酸较难进一步被酰化，从而调节蛋白质的膜结合动力学和下游坏死性凋亡活性，但这一机制尚未得到实验验证。
Gasdermin D 在焦亡中被 S - 酰化
焦亡是另一种高度炎症性的程序性细胞死亡形式，由 gasdermin D 驱动，gasdermin D 是炎症小体信号的效应蛋白。炎症小体是先天免疫复合物，对感染和细胞应激作出反应，导致炎症性 caspases（caspase-1、-4、-5 和 - 11）激活以及促炎细胞因子 IL-1β 和 IL-18 释放。gasdermin D 被这些 caspases 切割后，会发生关键的构象变化，使其自抑制的 C 末端结构域与 N 末端结构域分离。释放的 N 末端结构域进一步发生构象变化，转移到质膜并寡聚化，导致细胞内内容物（包括细胞因子和促炎信号）释放。虽然这一过程在对抗病原体方面可发挥保护作用，但其失调与严重的炎症性疾病（如自身免疫性疾病）有关。
人们普遍认为，caspases 激活 gasdermin D 在将其 N 末端从自抑制的可溶形式转变为寡聚化的孔形成结构并转移到质膜的过程中起关键作用。最近的研究揭示了另一种调节 gasdermin D 孔形成能力的机制。Balasubramanian 等人发现脂肪酸合酶是 gasdermin D 的结合伙伴，并揭示 S - 棕榈酰化是控制 gasdermin D 激活的调节机制。gasdermin D 在保守的半胱氨酸残基（人类中的 Cys191）处发生 S - 棕榈酰化，由 zDHHC5 和 zDHHC9 催化，这种修饰介导激活的 gasdermin D（而非全长蛋白）向膜的转移。抑制 gasdermin D 的棕榈酰化可在体外和体内抑制焦亡和炎症反应，减轻器官损伤，并提高败血症小鼠的存活率。
进一步研究表明，通过诱变或药物抑制阻断 gasdermin D 的酰化，会显著降低其棕榈酰化、膜定位、焦亡和细胞因子释放。相反，将 gasdermin D 与 zDHHC 共表达可增强焦亡活性，向 gasdermin D Cys191 突变体引入外源棕榈酰化序列可恢复其功能。这些发现强调了 S - 酰化在调节焦亡过程中 gasdermin D 活性的关键作用，表明 S - 棕榈酰化是焦亡活性的关键调节机制，也是感染性和炎症性疾病的潜在治疗靶点。
此外，有研究发现 S - 酰化在调节非凋亡细胞死亡中也起关键作用。zDHHC5 和 Golgin 亚家族 A 成员 7（GOLGA7）形成的复合物对由小分子 CIL56 诱导的非经典（非凋亡、非坏死性凋亡或非铁死亡）细胞死亡途径至关重要，该复合物主要定位于质膜，介导下游底物的 S - 酰化，对细胞死亡过程至关重要。S - 酰化似乎通过调节蛋白质运输途径影响细胞存活，特别是涉及从高尔基体到内质网的逆行运输。
针对疾病背景下的 S - 酰化靶点
鉴于 S - 酰化在调节凋亡、坏死性凋亡和焦亡的关键蛋白中的作用，针对 S - 酰化靶点在调节细胞死亡途径方面既存在机遇也面临挑战。
在凋亡方面，抑制 caspases 的 S - 酰化会影响其在死亡诱导信号复合物中的正确定位，在癌症中，这可能导致对凋亡刺激的抗性，恢复适当的 S - 酰化可能克服治疗抗性。增强 FAS 的 S - 酰化以稳定其膜聚集和死亡信号转导，可激活 FAS 并增强受体介导的癌症治疗效果。然而，过度激活 FAS 的 S - 酰化可能会在健康组织中引发脱靶凋亡事件，导致细胞毒性。
在坏死性凋亡和焦亡中，MLKL 和 gasdermin D 的 S - 酰化分别调节它们的作用，影响与这些过程相关的死亡信号和膜透化。增强 MLKL 的 S - 酰化可能恢复对凋亡抗性的癌细胞的坏死性凋亡和细胞死亡；相反，降低 MLKL 的 S - 酰化可能改善膜透化和组织损伤，预防炎症性疾病中观察到的病理性坏死性凋亡。同样，调节 gasdermin D（GSDMD）的 S - 酰化的药物干预可增强或阻止其膜孔形成活性。抑制 GSDMD 的 S - 酰化可预防败血症中焦亡介导的炎症损伤，而通过 S - 酰化增强 GSDMD 活性可能改善对某些细胞内细菌感染的免疫反应。总体而言，坏死性凋亡和焦亡的失调可能导致过度炎症或损害感染的免疫清除，具体取决于治疗方向。
蛋白质脂化在多种神经退行性疾病（如亨廷顿病）中也发挥重要作用，尽管其机制并非直接影响细胞死亡。一项研究表明，通过药物抑制 APT 1 增强棕榈酰化，可有效恢复轴突运输、突触稳态和生存信号。增加的 S - 酰化改善了脑源性神经营养因子（BDNF）的运输，逆转了疾病模型中的神经病理学、运动缺陷和焦虑抑郁行为。
针对 S - 酰化靶点并理解其动态调节，为调节多种疾病
