STAT6作为IL-4通路的核心效应分子,其功能通常依赖于活化形式。为探索调控IL-4/STAT6非经典功能的上游信号,研究人员首先监测了STAT6活化标志——Tyr641位点磷酸化(pY641)的变化。他们意外发现,多种DNA损伤压力(包括化学损伤、辐射及氧化应激)能显著增强STAT6的活化水平,并证实这一效应是由DNA损伤应答核心激酶——DNA-PK所介导。
鉴于DNA-PK是DNA损伤应答通路的关键激酶,研究人员提出假设:DNA-PK可能直接磷酸化STAT6。通过TurboID邻近标记及PLA等技术,他们证实DNA损伤可诱导DNA-PK与STAT6发生直接相互作用。结合磷酸化质谱与生物信息学分析,他们鉴定出数个潜在的DNA-PK靶向磷酸化位点,并通过点突变证实小鼠STAT6蛋白上Ser807位点的磷酸化是关键修饰事件。值得注意的是,Ser807的磷酸化与经典的Tyr641磷酸化相互独立发生。
那么,Ser807磷酸化究竟如何影响STAT6的活性?研究发现,该修饰并不影响STAT6上游激酶JAK1的活性,也未改变STAT6与磷酸酶的结合,而是显著降低了STAT6与E3泛素连接酶RNF128的结合,从而减少了其K48位介导的泛素-蛋白酶体降解。进一步实验确定,STAT6的Lys319是关键的泛素化位点。因此,Ser807磷酸化通过稳定STAT6蛋白,增强了其在细胞内的总体活性水平。
接下来,研究人员探索了Ser807磷酸化在DNA修复中的功能。RNA-seq分析显示,模拟Ser807磷酸化的STAT6突变体(STAT6(S807E))在巨噬细胞中显著上调DNA修复相关基因的表达。机制上,STAT6(S807E)在Brca1、Ube2t等DNA修复基因启动子区域的结合能力明显增强。细胞功能实验进一步证实,表达STAT6(S807E)的巨噬细胞表现出更强的DNA损伤抵抗能力,并能有效延缓细胞衰老。
有趣的是,Ser807磷酸化介导的DNA修复功能似乎具有巨噬细胞特异性。研究人员发现,这可能依赖于巨噬细胞中高表达的一个共调控因子——PU.1。生物信息学分析和实验验证表明,Ser807磷酸化促进了STAT6与PU.1的相互作用,从而协同激活下游DNA修复基因的转录。至此,一条清晰的DNA-PK/STAT6/PU.1分子轴得以阐明,它介导了IL-4信号的非经典功能,通过促进DNA修复来抵抗巨噬细胞衰老。
为进一步验证这一机制的生理病理意义,研究人员构建了Stat6 S807A(不可磷酸化)和S807E(模拟磷酸化)的基因敲入小鼠。结果显示,S807E小鼠的巨噬细胞及多种组织表现出更强的抗衰老能力,并有效缓解了博来霉素诱导的肺纤维化。在人类疾病相关性方面,研究人员发现,在慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者样本中,STAT6 Ser817(对应鼠源Ser807)的磷酸化水平显著降低,且与细胞衰老标志物水平呈负相关,提示这一调控轴可能在衰老相关疾病中发挥保护作用。
综上所述,该研究首次鉴定出STAT6 Ser807磷酸化作为一个关键分子开关,既能增强STAT6的稳定性,又能招募PU.1协同启动DNA修复基因的转录,从而有效抵御巨噬细胞及个体衰老(图一)。这一新发现的DNA-PK/STAT6/PU.1信号轴,为理解IL-4/STAT6的非经典2型免疫功能提供了关键的机制解释,也为开发抗衰老及衰老相关疾病的治疗策略提供了潜在的干预靶点。