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导语：高脂饮食与肝脏疾病的关联一直是医学研究的热点，但其中的具体机制却鲜为人知。一项研究发现，AKT棕榈酰化修饰可能是这一谜题的关键所在。这项研究不仅揭示了高脂饮食致肝脏疾病的新机制，更为相关疾病的治疗提供了潜在的靶点和策略。
非酒精性脂肪性肝炎（NASH）及肝细胞癌（HCC）是严重危害人类健康的肝脏疾病。过往研究已知，高脂饮食（HFD）与肝脏代谢疾病密切相关，PI3K-AKT通路在代谢稳态中起关键作用，且与肝脏疾病进展有关。
但HFD究竟如何影响PI3K-AKT通路，进而诱导NASH和HCC呢？
2024年1月，Gut杂志发表了一篇题为“High-Fat Diet Promotes Liver Tumorigenesis Via Palmitoylation And Activation of Akt”的文章，揭示了相关机制。
研究方法
本研究是一项结合了细胞、分子生物学和动物模型的综合性研究。研究团队通过代谢物文库筛选，发现棕榈酸（PA）能够激活AKT，并可被棕榈酰转移酶抑制剂2-溴棕榈酸酯（2BP）所拮抗。
研究中使用了多种细胞和动物模型，包括AKT1C77S和AKT1C224S基因敲入细胞、Zdhhc17和Zdhhc24基因敲除小鼠，以及高脂/高胆固醇饮食诱导的NASH/HCC小鼠模型。研究的主要评价指标包括AKT的激活状态、肝脏组织的病理变化及肝肿瘤的发生率。
研究结果
AKT的棕榈酰化修饰：高脂饮食的暗角
在体外实验中，利用AKT识别肽作为底物的筛选系统，研究团队观察到PA是激活AKT的主要代谢物之一。更有趣的是，这一激活过程能被棕榈酰转移酶抑制剂2-溴棕榈酸酯（2BP）所抑制。
PA不仅增强了AKT的激酶活性，促进了其与PDK1和PIP3的相互作用，还增强了AKT向质膜的转位。RNA测序结果进一步证实，PA能增强PI3K-AKT通路的活性。
AKT的棕榈酰化：细节与影响
进一步的体内外实验证实，AKT可以发生棕榈酰化修饰。利用点击化学和酰基-生物素交换（ABE）实验，研究者们发现，无论是外源性还是内源性AKT1均能被棕榈酰化，且PA的刺激显著增强了AKT1的棕榈酰化，这一过程可被2BP所抑制。
在PA或高脂饮食喂养的小鼠肝脏组织以及NASH诱导的HCC组织中，AKT的棕榈酰化水平显著升高。更深入的分析揭示，AKT在C77和C224位点的突变显著抑制了基线或PA诱导的棕榈酰化。
棕榈酰化对AKT功能的深刻影响
研究显示，棕榈酰化缺陷显著抑制了AKT的激酶活性和致癌功能。C77S或C224S突变体显著抑制了PA或胰岛素诱导的AKT活性、磷酸化和棕榈酰化，减少了细胞集落形成和体内肿瘤生长。
在小鼠模型中，棕榈酰化缺陷的myr-mAkt1-C77/224S突变体显著减轻了HCC的形成。此外，注射携带C77S和/或C224S突变的AKT1构建体可缓解高脂饮食诱导的NASH。
棕榈酰化促进AKT膜定位：独立于PI3K-PIP3
PA和胰岛素均能增强AKT的膜定位，而2BP或C77S和/或C224S突变损害了这一过程。细胞分馏实验表明，棕榈酰化缺陷的细胞中AKT的膜定位减少，且AKT与PIP3的结合也降低。
通过PI3K抑制剂消耗PIP3后发现，胰岛素诱导的AKT膜定位受影响，但PA诱导的不受影响，这表明棕榈酰化以PI3K-PIP3独立的方式增强AKT膜定位。
棕榈酰化缺陷与AKT聚合物形成
实验表明，AKT在细胞内和体外均可形成二聚体/聚合物，C224S突变体增强了AKT1的二聚化，而PA的刺激减少了AKT二聚体/聚合物的形成，2BP可拮抗这一作用。C224S突变体还可增强AKT聚集物的形成，而棕榈酰化则可拮抗AKT聚集物的形成。
图1 棕榈酰化缺陷影响AKT的聚合
棕榈酰转移酶ZDHHC17/24：AKT棕榈酰化的调控者
ZDHHC17和ZDHHC24与AKT的相互作用并促进其棕榈酰化。PA刺激增加了AKT与ZDHHC17/24的结合，这一结合可被2BP所减弱。WT的ZDHHC17/24促进了AKT在C77和C224位点的棕榈酰化，且两者共表达进一步增强了AKT的棕榈酰化、PIP3结合和膜定位。
ZDHHC17/24的致癌作用：激活AKT
体外实验中，ZDHHC17和ZDHHC24的异位表达增强了AKT的磷酸化，而其缺失则降低磷酸化。ZDHHC17/24显著增强了AKT与PDK1的相互作用，WT的ZDHHC24减少了AKT二聚化，其缺失则增强了AKT聚合。
在体内，ZDHHC17和ZDHHC24基因敲除小鼠表现出AKT磷酸化和棕榈酰化降低，代谢功能受损，且在高脂饮食诱导的NASH/HCC模型中，基因敲除抵抗了NASH的发生，减少了AKT磷酸化、棕榈酰化及其下游激活。在患者样本中，ZDHHC17/24在HCC中高表达，且与AKT激活正相关，与患者不良生存率相关。
干预策略及效果：新希望
抗肥胖药物奥利司他通过限制PA的合成减少了AKT的棕榈酰化、激活和膜定位，显著减轻了AKT的棕榈酰化、激活以及细胞增殖和集落形成，但对PA刺激诱导的AKT磷酸化和PIP3相互作用无效。
合成的特定穿透肽可直接阻断AKT的棕榈酰化，其中含C224的肽显著减轻了AKT的棕榈酰化和胰岛素/PA诱导的AKT激活，减少了肝癌细胞生长和集落形成以及体内肿瘤生长，同时降低了AKT的棕榈酰化、激活，并促进了细胞凋亡（图2）。
注：示意图显示，PA的摄取以及ZDHHC或FASN的扩增可以通过S-棕榈酰化促进AKT的激活，从而推动非酒精性脂肪性肝炎（NASH）和随后肝癌的发展，这可以通过限制PA的摄取、奥利司他介导的PA阻断，或者通过ZDHHC抑制剂或特定的AKT肽段靶向AKT棕榈酰化来改善。
图2 棕榈酰化增强AKT活性和致癌功能的模型
总结讨论
这项研究不仅揭示了高脂饮食通过AKT的棕榈酰化修饰促进肝癌发生的机制，还为未来的临床干预提供了新的策略。通过限制棕榈酸的摄入或直接靶向AKT的棕榈酰化，我们可能能够有效地干预NASH和HCC的发展。这项研究为理解高脂饮食与肝癌之间的关系提供了新的视角，并强调了代谢调控在肝脏疾病治疗中的潜在应用。
参考文献
BU L, ZHANG Z, CHEN J, et al. High-fat diet promotes liver tumorigenesis via palmitoylation and activation of AKT[J]. Gut, 2024, 73(7): 1156-1168. DOI: 10.1136/gutjnl-2023-330826.
