Life Metabolism丨赵同金团队揭示DHHC13棕榈酰化NPC1控制胆固醇外排的新机制

胆固醇是细胞膜的重要组成成分，也是维持细胞正常功能和代谢稳态的关键分子。细胞通过低密度脂蛋白受体摄取胆固醇后，将其运送至溶酶体；胆固醇酯在溶酶体内水解产生游离胆固醇，随后由NPC1和NPC2协同将其转运至其他细胞区室。该过程受阻会导致胆固醇及其他脂质在溶酶体内异常积聚，并与尼曼–匹克病C型等疾病密切相关。

蛋白质S-棕榈酰化是一种可逆的翻译后脂质修饰，能够调控蛋白质的膜结合、细胞内转运、亚细胞定位、稳定性及蛋白质相互作用。尽管棕榈酰化蛋白常富集于胆固醇含量较高的膜微区，但蛋白质棕榈酰化是否会反过来调控胆固醇代谢，仍缺乏清晰的机制解释。已有研究提示NPC1可发生棕榈酰化，但负责催化这一修饰的棕榈酰转移酶、关键调控位点及其对NPC1功能的影响尚未完全明确。

近日，复旦大学代谢与整合生物学研究院赵同金团队在Life Metabolism发表了题为DHHC13 controls lysosomal cholesterol egress through palmitoylating NPC1的研究论文。该研究发现，棕榈酰转移酶DHHC13能够直接催化NPC1棕榈酰化，维持NPC1的溶酶体定位和蛋白稳定性，从而促进胆固醇从溶酶体转出。DHHC13缺失或功能受损会导致NPC1棕榈酰化减少、溶酶体定位异常及降解加快，最终造成溶酶体胆固醇积聚。该研究建立了蛋白质棕榈酰化与溶酶体胆固醇稳态之间的直接机制联系，也为理解尼曼–匹克病C型及相关神经系统疾病提供了新的研究视角。

为探究蛋白质棕榈酰化在胆固醇代谢中的作用，研究团队开展了相关研究。研究发现，抑制蛋白质棕榈酰化会导致细胞内胆固醇升高及溶酶体胆固醇转运受阻，由于蛋白质棕榈酰化主要由DHHC家族酶催化，研究团队进一步对DHHC家族成员进行筛选，以确定其中介导溶酶体胆固醇外排的关键酶。结果显示，DHHC13缺失会使胆固醇显著滞留于溶酶体，表明DHHC13是调控溶酶体胆固醇外排的关键因子。

由于NPC1是介导溶酶体胆固醇外排的核心蛋白，研究团队进一步检测了DHHC13对NPC1的影响。随后，研究团队通过 Acyl-RAC 和质谱技术在野生型细胞中鉴定到 6 条 NPC1 肽段，而DHHC13 缺失细胞中未检测到；敲除 DHHC13 后，NPC1 总蛋白下降约 45%，棕榈酰化 NPC1 下降约 90%；以总NPC1蛋白量归一化后，棕榈酰化NPC1仍下降约75%，表明DHHC13缺失不仅降低了NPC1总量，也直接降低了其棕榈酰化比例。NPC1 半衰期从约 24 小时缩至约 12 小时；该降解过程可被巴弗洛霉素 A1 阻断，提示为溶酶体降解。同时，NPC1与溶酶体标志物LAMP1的共定位减少，提示DHHC13缺失导致NPC1向溶酶体的转运受阻，而非仅仅加速其降解。以上结果支持DHHC13通过棕榈酰化NPC1，促进其溶酶体转运与稳定，进而促进胆固醇外排。

研究团队进一步发现，Cys799和Cys800是NPC1的主要棕榈酰化位点，此外Cys1160和Cys1167也是维持其棕榈酰化的关键残基。体外实验表明，DHHC13可在体外直接催化NPC1棕榈酰化；与尼曼–匹克病C型相关的NPC1-C1167Y突变会降低NPC1的棕榈酰化、稳定性和溶酶体定位，并使其丧失抑制胆固醇积聚的能力。该突变表型与DHHC13缺失高度相似，进一步支持棕榈酰化对NPC1功能的重要性。

为验证DHHC13在体内的作用，研究团队构建了Dhhc13基因敲除小鼠。敲除小鼠生长迟缓，脑、肝、脾和肾的总胆固醇含量显著升高，并伴随肝细胞增大、脾脏含铁血黄素阳性细胞增多及小脑浦肯野细胞减少的症状。同时，上述组织中的NPC1总蛋白及棕榈酰化水平均显著下降，呈现出与Npc1缺失部分相似的病理特征，进一步证明DHHC13通过NPC1维持体内胆固醇稳态。

研究团队还鉴定出两个与神经退行性疾病相关性状关联的DHHC13突变：Q173H和R451Q。其中，Q173H削弱DHHC13与NPC1的结合能力，R451Q则损害DHHC13的催化活性。在DHHC13缺失细胞中，过表达野生型DHHC13可恢复NPC1棕榈酰化和胆固醇转运，而两种变异均无法恢复。以上结果提示，DHHC13功能受损可能通过降低NPC1棕榈酰化水平、扰乱溶酶体胆固醇稳态，参与神经系统疾病的发生发展。

综上所述，该研究提出了DHHC13调控溶酶体胆固醇外排的工作模型：在正常细胞中，DHHC13催化NPC1棕榈酰化，促进NPC1正确定位于溶酶体并维持其蛋白稳定性，使其能够正常介导胆固醇转运；当DHHC13缺失或功能受损时，NPC1棕榈酰化减少，其溶酶体定位和蛋白稳定性随之下降，最终导致胆固醇在溶酶体内积聚。该模型将DHHC13的催化活性、NPC1的棕榈酰化修饰与溶酶体胆固醇外排串联为一条完整通路，为理解溶酶体胆固醇稳态的调控提供了新的分子框架，也为NPC1棕榈酰化位点相关突变（如C1167Y）的致病机制提供了新解释。该研究将DHHC13介导的NPC1棕榈酰化确立为溶酶体胆固醇外排的关键调控节点，拓展了对蛋白质棕榈酰化生理功能的认识。未来，理论上可通过增强DHHC13活性或干预NPC1的去棕榈酰化过程来恢复NPC1功能，为尼曼–匹克病C型及其他溶酶体胆固醇贮积相关疾病提供新的干预思路。

原文链接：https://doi.org/10.1093/lifemeta/loag028

制版人：十一

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