溶酶体酶PPT1介导的细胞稳态调控及疾病发生的研究

棕榈酰蛋白质硫酯酶1 (palmitoyl protein thioesterase 1，PPT1)是一种溶酶体酶，具有对蛋白质行使去棕榈酰化修饰的功能，在调控细胞器(如溶酶体、线粒体)功能、脂质代谢和Ca2+转运等方面具有重要作用。PPT1在神经系统疾病和癌症的发生发展中发挥了重要的作用，然而其调控作用机制仍未被完全阐明。

棕榈酰蛋白质硫酯酶1(palmitoyl protein thioesterase 1，PPT1)在牛脑细胞质的研究中首次发现并被纯化出来，PPT1主要定位在溶酶体中，在细胞中行使去棕榈酰化的功能。PPT1可以去棕榈酰化GAP43 (growth associated protein 43)、PSD-95 (postsynaptic density protein 95)等多个蛋白，影响溶酶体的功能和稳态，表明PPT1在维持溶酶体正常生理功能中具有重要作用。

PPT1与疾病的发生发展有着密切的关系。婴儿神经元蜡样脂褐素沉积症(infantile neuronal ceroid lipofuscinosis，INCL)，也被称为婴儿巴顿病，是一种罕见的隐性遗传神经退行性疾病，患有INCL的婴儿一般在18个月左右出现视觉运动缺陷、认知障碍、癫痫发作等症状。研究人员发现该疾病是由于神经元细胞内PPT1基因突变导致PPT1功能受损，细胞内类脂质不能被及时分解，在神经元细胞内沉积，最终导致神经元功能障碍和死亡，造成INCL。此外，PPT1与肿瘤的发生发展也密切相关，在多种肿瘤中都存在PPT1过表达的情况，且高表达的PPT1与肿瘤恶性程度呈正相关。研究表明抑制PPT1的表达或活性，可以抑制肿瘤细胞的增殖和侵袭，靶向PPT1对多种肿瘤有较强的治疗效果。以上研究表明，PPT1是治疗INCL和癌症的有效靶点，因此，研究PPT1在疾病中的作用及机制、研发靶向PPT1的药物是未来神经性疾病和肿瘤治疗的重要方向之一。

PPT1基因定位于人类1号染色体短臂3区4带2亚带(1p34.2)，全长25751 bp。PPT1有19个转录本，其中最常见的转录本由9个外显子组成，外显子1~8长约70~140 bp，被长短不一的内含子间隔开来，最大的外显子9位于靠近3'端的位置。自然界中存在220个PPT1的直系同源物，在不同的模式生物(秀丽隐杆线虫Caenorhabditis elegans、拟南芥 Arabidopsis thaliana等)中都能找到PPT1的同源基因。

PPT1蛋白由306个氨基酸组成，分子量约35 kDa，PPT1二聚体采用α/β折叠，包含N端α螺旋、β折叠区、C端α螺旋等多个重要的结构。N端α螺旋位于PPT1分子的一侧，与另一个亚基的β折叠区域相互作用，负责PPT1的组装；β折叠区包含多个β片层，形成PPT1的主要结构框架；C端α螺旋与连接区域一起形成了PPT1的另一侧，该侧上的活性位点负责棕榈酰辅酶A的水解。通过多波长反常衍射相位法(multiwavelength anomalous diffraction，MAD)测定PPT1的晶体结构，发现PPT1晶体结构中的活性位点是由Ser115- His289-Asp233组成的催化三联体，Ser115通过其羟基与脂质酰基结合，形成酯键从而水解酰基，Asp233的负电荷与Ser115的羟基形成氢键，同时能在Ser115和His289之间提供催化作用；His289的环氨基和Ser115的羟基能够在催化反应中形成过渡态，稳定其催化结构。糖基化是PPT1翻译后修饰的形式之一，此前在非神经元细胞中的研究已证明，PPT1的3个N-糖基化位点的突变会显著降低其酶活性；研究发现，PPT1特定的氨基酸残基位点(天冬酰胺197和232位点)N-糖基化增强了其形成复合物的能力。蛋白印迹分析表明，PPT1蛋白主要以二聚体或三聚体的形式存在，在去糖基化过程中演变成单个大小29 kDa的蛋白质。

婴儿神经元蜡样脂褐素沉着症(INCL)是一种严重的神经退行性疾病，INCL通常在婴儿期开始发作，表现为进行性的神经系统退化，这种疾病的典型症状是智力和运动能力发育迟缓、癫痫发作、视力丧失、肌张力增高、肌肉萎缩以及认知和行为问题等，INCL病理的一个标志是脂褐素的进行性积累，最显著地存在于神经系统中，也存在于其他一些组织中。引起INCL的PPT1突变分布在整个编码区，主要是第4外显子活性位点附近R122W(Arg122Trp)突变和第5外显子R151*(Arg151STOP)突变，导致PPT1结构的明显改变，从而影响PPT1的功能，导致溶酶体无法有效降解储存在神经细胞中的脂褐素，最终导致这些储存物在脑中沉积引发INCL。
已有的研究表明，PPT1在肿瘤发生及进展中发挥重要作用。目前关于PPT1的研究主要集中在PPT1在不同肿瘤中的表达与肿瘤生长、进展以及预后之间的关系，根据TCGA数据库分析，与配对的正常组织相比，PPT1在11种肿瘤中表达水平显著升高，并与肿瘤的病理分型、恶性程度、侵袭性和转移等都有相关性。PPT1异常表达导致mTOR信号通路的过度激活，这种过度激活通过增加蛋白合成、抑制自噬和加快细胞周期进程等方式来促进肿瘤细胞的生长和增殖。研究表明，在口腔鳞状细胞癌(OSCC)使用erianin (一种天然的联苄基化合物，具有抗癌作用)处理之后，观察到PPT1的表达降低，mTOR与RHEB (ras homolog enriched in brain)的相互作用减少，mTOR的磷酸化减弱，这些结果提示PPT1可能通过调节mTOR与RHEB的相互作用从而调控mTOR通路。

总之，PPT1在疾病发生发展中发挥重要作用，PPT1的突变或者缺失会影响溶酶体的功能并造成脂褐素等物质在神经细胞中积累，最终导致神经系统的退化和损伤，引发神经退行性疾病，如INCL等。PPT1过表达会保护细胞免于细胞死亡，促进肿瘤发生，而反义PPT1增加细胞死亡抑制肿瘤的发生。

迄今为止，对于PPT1在胞内的转运、代谢、相互作用等一系列生理生化过程的研究仍有限，从已有的研究来看，PPT1不仅在维持细胞内环境稳态方面发挥重要作用，且在神经退行性疾病以及肿瘤发生发展过程中也起到了重要作用。但对于PPT1的具体调控机制以及靶向PPT1的酶激活剂、抑制剂等方面的研究还有待进一步的加强。PPT1介导的去棕榈酸化及溶酶体功能调控在疾病，尤其是肿瘤发生发展中的功能及机制还需进一步研究，利用小鼠等模型动物探讨PPT1突变介导的溶酶体功能失调在不同肿瘤发生中的作用及机制是重要的研究方向之一。基于PPT1在肿瘤中高表达并促进其发生发展的重要作用，因此未来开发靶向PPT1的干预措施，能为疾病的治疗提供可靠的策略。

参考文献

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