癌症的代谢重编程一直是研究的焦点，然而，代谢如何影响癌症进展尚不清楚。棕榈酸是一种十六碳的饱和脂肪酸，作为脂肪的一个主要组成部分，棕榈酸可为机体提供能量，另一方面，棕榈酸可以参与肿瘤细胞信号传导途径，或者作为蛋白棕榈酰化的底物，影响多个细胞信号分子的功能。2023年3月7日，中山大学医学院附属第六医院兰平教授团队在Cell Discovery上在线发表了题为“Reprogramming of palmitic acid induced by dephosphorylation of ACOX1 promotes β-catenin palmitoylation to drive colorectal cancer progression”的文章，该研究发现代谢酶酰基辅酶 A 氧化酶 1 (ACOX1) 通过调节棕榈酸 (PA) 重编程来抑制结直肠癌 (CRC) 进展。ACOX1是一种肿瘤抑制因子，其下调会增加PA介导的β-catenin棕榈酰化和稳定性，并过度激活β-catenin信号传导，从而促进CRC进展。这一发现揭示了一个全新的治疗途径，即通过靶向β-catenin棕榈酰化，为未来的癌症治疗提供了宝贵的线索。

英文标题：Reprogramming of palmitic acid induced by dephosphorylation of ACOX1 promotes β-catenin palmitoylation to drive colorectal cancer progression（Cell Discovery，IF=38.09，2023）

中文标题：ACOX1去磷酸化诱导的棕榈酸重编程促进β-catenin棕榈酰化，从而驱动结直肠癌进展

样本类型：临床癌和癌旁组织、HEK293T细胞

相关组学技术：定量蛋白组、S-棕榈酰化修饰组

一、主要研究结果

1.ACOX1 下调并与 CRC 进展相关

为了确定在结直肠肿瘤发生中发挥关键作用的代谢相关基因，作者对来自不同数据集的至少1000个CRC中2752个代谢相关基因的转录水平进行了分析，包括癌症基因组图谱(TCGA) CRC RNA-SeqV2、TCGA CRC RNA -Seq和基因表达综合(GEO)。此外，还对来自临床蛋白质组肿瘤分析联盟 (CPTAC) 数据集和本研究中的临床样本定量质谱 (MS) 的至少100个CRC中的这些代谢相关基因的蛋白质水平进行了分析。通过重叠分析选择了 CRC中显着改变的 11 个代谢相关基因（图 1）。具体来说，ACOX1是唯一的代谢限速酶，被鉴定用于后续分析（图1）。

图1 ACOX1下调并与CRC进展相关（图源：Zhang et al., Cell Discovery, 2023）

2. ACOX1缺失可稳定 β-catenin并通过PA增强其转录活性

为了探索ACOX1调节的CRC相关细胞信号传导，在TCGA数据库中进行了基因集富集分析 (GSEA)。GSEA 显示ACOX1与Wnt信号传导负相关。与此同时，公共数据库中ACOX1水平较低的肿瘤组织和转移样本中β-catenin靶基因上调，这在细胞实验中得到进一步证实。此外，在细胞活力检测实验中发现，ACOX1的过度表达抑制了CRC细胞的活力，而β-catenin的过度表达可以挽救这种情况，进一步研究发现ACOX1下调可通过PA稳定 β-catenin蛋白，从而增强其转录活性（图2）。

图2 ACOX1的缺失可稳定β-catenin并通过PA增强转录活性（图源：Zhang et al., Cell Dis

3. PA介导的β-catenin棕榈酰化抑制β-catenin的泛素化降解

先前的研究表明，PA是蛋白质棕榈酰化的底物，并且蛋白质棕榈酰化可以改变蛋白质-蛋白质相互作用。本研究中，内源性β-catenin的棕榈酰化在HEK293T细胞中得到证实。PA 和棕榈酰化抑制剂2-溴棕榈酸酯 (2-BP)分别增加和抑制了β-catenin在466位半胱氨酸的棕榈酰化修饰。2-BP棕榈酰化的抑制也降低了β-catenin的丰度，并促进β-catenin多泛素化（图3）。这些数据表明，β-catenin蛋白的稳定性可以通过新型棕榈酰化修饰来调节。

图3 PA介导的β-catenin棕榈酰化可抑制β-catenin的泛素化（图源：Zhang et al., Cell

4. 人类结直肠癌中的DUSP14-ACOX1-PA-β-catenin轴失调

为了确定CRC中DUSP14、ACOX1 和β-catenin之间的相关性，作者对人类蛋白质图谱（HPA）数据集中的匹配患者样本进行了临床样本的免疫组织化学，并验证了 ACOX1 和 DUSP14 之间的负相关性以及 ACOX1 和 β-catenin之间的负相关性。作者发现 DUSP14-ACOX1-β-catenin 轴在早期 CRC 中失调。为了更好地验证这一观察结果，收集了24个早期 CRC 样本 (T) 以及邻近的正常结肠组织 (N)。这些CRC样本中 ACOX1 蛋白显著减少，而 DUSP14 和 β-catenin 显著增加（图 4）。此外，DUSP14与ACOX1、ACOX1与β-catenin之间的负相关性以及β-catenin与DUSP14之间的正相关性也在CRC样本中得到进一步证实（图4）。综上所述，DUSP14-ACOX1-PA-β-catenin轴在CRC进展中起着至关重要的作用，并且 Nu-7441能通过抑制 DUSP14-ACOX1-PA成为治疗CRC 的潜在策略。

图4 人类CRC中DUSP14-ACOX1-PA-β-catenin轴的失调（图源：Zhang et al., Cell

二、小结

代谢物可以调节蛋白质的翻译后修饰，如PA可以修饰蛋白质棕榈酰化，调节蛋白质功能。本研究发现了一种新的β-catenin蛋白修饰——棕榈酰化，以及棕榈酰化调节β-catenin稳定性的机制，这补充了我们对经典β-catenin蛋白信号传导的了解。

三、拜谱小结

棕榈酸 (PA) 是一种ACOX1底物和高脂肪饮食中的主要脂肪酸，已被证明可以产生能量并调节参与癌症发展的细胞内信号分子。PA 可以在棕榈酰化过程中修饰半胱氨酸残基。越来越多的证据表明，蛋白质（如 PDL1、GULT1、STAT3 和 IFNGR1）的棕榈酰化会影响蛋白质功能和肿瘤进展。拜谱生物作为一家国内领先的多组学公司，在棕榈酰化修饰积累了丰富的项目经验，并已完成半胱氨酸修饰蛋白质组学产品的全面升级，助力Nature文章发表，现可提供棕榈酰化、亚硝基化、谷胱甘肽化、次磺酸化、硫巯基化、Total 氧化还原、游离巯基蛋白质组学检测服务，欢迎大家咨询！

参考文献：

Zhang Q, Yang X, Wu J, Ye S, Gong J, Cheng WM, Luo Z, Yu J, Liu Y, Zeng W, Liu C, Xiong Z, Chen Y, He Z, Lan P. Reprogramming of palmitic acid induced by dephosphorylation of ACOX1 promotes β-catenin palmitoylation to drive colorectal cancer progression. Cell Discov. 2023; 9(1):26. doi: 10.1038/s41421-022-00515-x.