肝癌（Hepatocellular carcinoma, HCC）是全球范围内致死率极高的恶性肿瘤之一。其复杂的病理生理机制和有限的诊断治疗手段使得HCC的治疗成效不佳，预后不良。近年来，蛋白质棕榈酰化修饰作为一种重要的翻译后修饰，被证实与多种生理过程及疾病的发生发展密切相关。S-棕榈酰化是脂酰化的主要类型，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-棕榈酰化的变化与肿瘤密切相关，但其在HCC中的作用尚不完全清楚。

2024年12月19日重庆大学肿瘤医院徐波团队和复旦大学肖明明团队在Molecular Cancer杂志（IF：27.7）上发表了题为“ZDHHC20 mediated S-palmitoylation of fatty acid synthase (FASN) promotes hepatocarcinogenesis”的研究文章，研究了棕榈酰基转移酶ZDHHC20在肝癌发生发展中的作用机制。研究发现，ZDHHC20通过在脂肪酸合成酶(FASN)的特定半胱氨酸残基上催化S-棕榈酰化，从而稳定FASN蛋白，抑制其泛素-蛋白酶体途径介导的降解。ZDHHC20缺失或抑制，以及FASN关键半胱氨酸位点的突变，均可加速FASN的降解，抑制肝癌发生发展。这一研究过程中，拜谱生物提供了棕榈酰化修饰蛋白质组学技术服务，助力作者找到ZDHHC20调控的FASN上的关键性修饰位点，对整体研究成果起到画龙点晴之用。

文章名称：ZDHHC20 mediated S-palmitoylation of fatty acid synthase (FASN) promotes hepatocarcinogenesis

期刊：Molecular Cancer

2024年影响因子：IF=27.7

发表时间：2024年12月

客户单位：重庆大学肿瘤医院

研究材料：小鼠HCC组织

研究内容：棕榈酰基转移酶ZDHHC20在肝癌发生发展中的作用机制

拜谱提供技术：棕榈酰化修饰蛋白质组学

模式图

图1 机制示意图（图源：Mo, et al., Mol Cancer, 2024）

筛选HCC中差异表达ZDHHC并确定其对HCC的影响

在探究HCC的分子机制中，研究团队专注于ZDHHC家族成员的作用，特别是ZDHHC20。首先，通过对HPA和TCGA数据库的深入分析，研究人员发现ZDHHC20在HCC中高表达，并与其不良预后相关。为了进一步探究这一现象，团队构建了ZDHHC20敲除小鼠模型，并观察到在DEN和DEN+CCl4诱导的HCC模型中，ZDHHC20敲除显著降低了肝肿瘤的发生率、减少了肿瘤结节数量，并减小了肿瘤结节直径，从而证实了ZDHHC20在HCC发生发展中的关键作用。

图2 Zdhhc20-/-小鼠在化学诱导的HCC模型中发生的肝脏肿瘤较小。

（图源：Mo, et al., Mol Cancer, 2024）

分析ZDHHC20的棕榈酰化底物和位点

进一步的研究集中于鉴定ZDHHC20的棕榈酰化底物。通过棕榈酰化修饰组学，研究人员发现ZDHHC20敲除导致97种蛋白质的123个半胱氨酸位点的棕榈酰化水平显著降低，其中FASN的棕榈酰化水平下调最为显著。这表明FASN可能是ZDHHC20的主要棕榈酰化底物。生物信息学分析进一步证实ZDHHC20的敲除显著影响脂肪酸代谢通路。通过RT-qPCR技术，研究人员发现ZDHHC20与脂肪酸代谢相关基因的转录表达呈正相关，且ZDHHC20过表达上调这些基因的表达，增加总胆固醇和甘油三酯水平，而沉默则降低其表达和脂质水平。在高脂肪高糖饮食的小鼠模型中，ZDHHC20敲除导致体重增加速度减慢，表明其可能调控脂肪酸代谢促进HCC的发展。

图3 ZDHHC20基因敲除后棕榈酰化蛋白组改变的功能注释。

（图源：Mo, et al., Mol Cancer, 2024）

验证ZDHHC20与FASN的相互作用和棕榈酰化关系

为了验证ZDHHC20与FASN的相互作用和棕榈酰化关系，研究团队进行了免疫共沉淀和免疫荧光实验，证实了两者在HCC细胞中的相互作用。接着，通过免疫荧光显微镜观察到ZDHHC20和FASN蛋白在HCC细胞中的共定位。此外，利用免疫共沉淀-酰基-生物素交换（IP-ABE）方法检测到FASN在HCC细胞中的棕榈酰化。进一步实验显示，ZDHHC20敲低显著降低了FASN的棕榈酰化水平，而ZDHHC20过表达则显著增加了FASN的棕榈酰化信号。综上所述，研究结果表明ZDHHC20与FASN相互作用，并作为FASN的棕榈酰基转移酶。

图4 棕榈酰转移酶ZDHHC20与FASN相互作用并介导FASN棕榈酰化。

（图源：Mo, et al., Mol Cancer, 2024）

通过LC-MS技术，研究团队在HCC小鼠组织中检测到FASN的棕榈酰化位点，发现半胱氨酸1464和1874位点的棕榈酰化显著降低。进一步的蛋白质-蛋白质对接分析确认了ZDHHC20与FASN之间的直接相互作用。重要的是，FASN中的半胱氨酸1471和1881位点在不同物种中高度保守，并且单独或双重突变这些位点会导致FASN的棕榈酰化信号显著降低。

图5 FASN1471和1881半胱氨酸棕榈酰化依赖于ZDHHC20。

（图源：Mo, et al., Mol Cancer, 2024）

探究FASN棕榈酰化对蛋白调控的功能意义

为研究ZDHHC20介导的FASN棕榈酰化在HCC中的功能意义，研究团队通过2-溴棕榈酸（2-BP）处理细胞，发现FASN的棕榈酰化和蛋白水平显著降低。泛素-蛋白酶体途径是FASN的主要降解途径，而2-BP暴露显著增加了FASN的泛素化降解。ZDHHC20过表达显著增加了FASN的蛋白水平，而沉默则降低其水平，同时敲低ZDHHC20降低了FASN蛋白稳定性，而过表达则增加其稳定性。这些结果表明ZDHHC20依赖的FASN棕榈酰化与其泛素化修饰在HCC中存在竞争关系。

图6 FASN的棕榈酰化与其泛素化修饰相竞争

（图源：Mo, et al., Mol Cancer, 2024）

为了研究ZDHHC20对FASN蛋白降解的影响，研究团队转染了ZDHHC20与SNX8和TRIM28至肝癌细胞，发现ZDHHC20抑制了SNX8或TRIM28与FASN的结合。实验显示，棕榈酰化抑制剂2-BP增强了FASN的降解，而ZDHHC20的过表达抑制了这一过程。TRIM28的过表达则增加了FASN的泛素化降解。因此，ZDHHC20介导的FASN蛋白棕榈酰化修饰可以竞争性抑制SNX8-TRIM28复合物与FASN蛋白的相互作用，从而降低FASN蛋白的降解，促进肝癌的发生和发展。

图7 ZDHHC20通过与FASN和SNX8-TRIM28复合体之间的相互作用竞争来提高FASN蛋白的稳定性

（图源：Mo, et al., Mol Cancer, 2024）

验证FASN棕榈酰化位点突变对肝癌影响

最后，研究团队探究了FASN蛋白在半胱氨酸1471和1881位点的棕榈酰化修饰对其稳定性的影响。他们发现将这两个位点突变为丝氨酸可以降低FASN蛋白的稳定性，增强其泛素化降解，并降低肝癌细胞的增殖能力。此外，人肝癌组织中ZDHHC20和FASN蛋白的表达水平高于正常组织，表明ZDHHC20-FASN轴在肝癌的发生发展中起着关键作用，ZDHHC20可作为肝癌治疗的潜在靶点。

图8 阻断FASN半胱氨酸1471/1881棕榈酰化可加速FASN降解并抑制肿瘤

（图源：Mo, et al., Mol Cancer, 2024）

小结

在这突破性研究中，我们深入了解了HCC中S-棕榈酰化修饰的关键调控者——ZDHHC20。不仅揭示了ZDHHC20在HCC发展中的重要作用，还发现了其通过棕榈酰化修饰稳定FASN的新机制，为肝癌的诊断和治疗提供了新的视角。这一过程中，拜谱生物为作者提供半胱氨酸-S棕榈酰化修饰蛋白质组学服务，验证了蛋白质棕榈酰化介导HCC的发生发展，为文章最后结论奠定基调起到不可或缺的作用。

拜谱小结

棕榈酰化是重要的脂质化修饰形式，一般发生在半胱氨酸残基上。棕榈酰化修饰最重要的功能是增强可通行蛋白与膜的亲和性，从而调控蛋白质的定位与功能。拜谱作为国内领先的多组学服务公司，可提供基因组、转录组、蛋白组、代谢组等多组学服务。围绕半胱氨酸氧化还原修饰，拜谱生物可提供产品最全面、技术体系最成熟的氧化还原修饰系列产品，包括棕榈酰化、亚硝基化、谷胱甘肽化、硫巯基化、次磺酸化、total氧化还原、游离巯基，助力一系列文章发表。其中棕榈酰化修饰蛋白质组是我司首家推出、国内唯一成熟商业化的重磅特色产品，积累了丰富的项目经验，实现了在不同物种、不同模型、不同组织中的高效检出，棕榈酰化修饰位点平均检出量可达20000+，最高已突破40000+。欢迎大家咨询！

参考文献：

Mo Y, Han Y, Chen Y, Fu C, Li Q, Liu Z, Xiao M, Xu B. ZDHHC20 mediated S-palmitoylation of fatty acid synthase (FASN) promotes hepatocarcinogenesis. Mol Cancer. 2024 Dec 19;23(1):274. doi: 10.1186/s12943-024-02195-5