DNA-PK-STAT6磷酸化轴通过DNA修复调节非经典2型免疫通路以对抗巨噬细胞衰老

《Nature Communications》：DNA-PK-mediated phosphorylation of STAT6 establishes a non-canonical type 2 immunity axis to prevent macrophage senescence

本文推荐一项发表于《Nature Communications》的研究。针对巨噬细胞衰老驱动炎性衰老(Inflammaging)的机制尚不明确的现状，研究者聚焦于DNA-PK介导的STAT6磷酸化修饰。他们发现，磷酸化通过稳定STAT6，促进其与PU.1协同激活DNA修复基因，从而构成DNA-PK-STAT6轴，经由DNA修复通路执行一种非经典的2型免疫功能，有效抑制了巨噬细胞衰老，为慢性阻塞性肺疾病(COPD)等年龄相关疾病的治疗提供了新靶点。

　　

随着年龄增长，身体会进入一种慢性、低度的炎症状态，科学界称之为“炎性衰老”(Inflammaging)。这种状态是许多年龄相关疾病，如阿尔茨海默病、动脉粥样硬化和慢性阻塞性肺疾病(COPD)的共同土壤。那么，是谁在背后推动这股“炎”火呢？越来越多的证据指向了免疫系统的哨兵——巨噬细胞。当巨噬细胞自身步入衰老，它们便会从一个忠诚的卫士转变为麻烦的煽动者，不仅功能失调，还会分泌大量促炎因子，加剧全身的炎症与组织损伤。然而，我们身体内是否存在一套精密的“防老”机制，能够阻止这些关键的免疫细胞过早衰老，从而延缓整个机体的衰老进程呢？这个问题一直是衰老和免疫学研究领域一个待解的谜团。

为了回答这个问题，研究人员将目光投向了信号转导与转录激活因子6(STAT6)。STAT6是经典2型免疫反应（例如对抗寄生虫感染或过敏反应）的核心调控因子。但研究团队怀疑，它可能还有不为人知的“副业”。他们发现，在DNA损伤时，一种名为DNA依赖性蛋白激酶(DNA-PK)的酶会磷酸化STAT6蛋白上的一个特定位点（小鼠中是第807位丝氨酸，Ser⁸⁰⁷；人类同源位点是第817位丝氨酸，Ser⁸¹⁷）。这看似微小的化学修饰，却像一把关键的锁，阻止了STAT6被泛素化标记并送进蛋白酶体降解，从而显著增强了STAT6的稳定性。

稳定的STAT6接下来会做什么？研究人员发现，它找到了一个新的合作伙伴——转录因子PU.1。两者联手，共同结合到众多DNA修复相关基因的启动子区域，像一个高效的工程队指挥中心，大幅提升了这些基因的表达水平。这意味着，DNA-PK通过磷酸化“激活”了STAT6，而STAT6则通过招募PU.1“激活”了整个细胞的DNA修复能力。这条从DNA损伤感应(DNA-PK)到转录调控(STAT6-PU.1)，再到功能执行(DNA修复)的完整通路，被定义为一条全新的“DNA-PK-STAT6轴”。有趣的是，这条轴的功能独立于STAT6经典的、由白细胞介素-4(IL-4)等细胞因子激活的免疫应答通路，因此被称为一种“非经典”的2型免疫功能——其核心任务是维护基因组稳定，而非直接对抗病原。

如果这个“防老”机制失灵，后果会怎样？研究人员构建了无法被磷酸化的STAT6突变小鼠（STAT6(S807A)）。这些小鼠的巨噬细胞DNA修复能力严重缺陷，早早地进入了衰老状态，并释放出强烈的炎性衰老信号。在整体动物层面，这些小鼠表现出加速的巨噬细胞衰老、多个组织（如肺和肝）的纤维化，以及全身性的早衰表型。相反，如果给这些早衰小鼠回输经过基因工程改造、能模拟磷酸化状态的巨噬细胞（表达STAT6(S807E)），则可以有效逆转加速衰老的表型，证明了这一机制的治疗潜力。

这项研究的临床意义同样重大。在慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者的肺组织样本中，研究人员观察到，与健康人相比，患者肺内巨噬细胞中STAT6在Ser⁸¹⁷位点的磷酸化水平显著降低，同时伴随着DNA损伤和细胞衰老标志物的急剧增加。这一发现直接将实验室的分子机制与人类的年龄相关疾病联系起来，提示STAT6磷酸化缺陷可能是导致COPD等疾病中免疫细胞功能紊乱和组织损伤的关键环节。

关键研究方法

为阐明上述机制，研究主要采用了以下技术：利用CRISPR-Cas9基因编辑技术构建STAT6磷酸化位点突变（S807A, S807E）的细胞系和小鼠模型；采用蛋白质免疫印迹(Western Blot)、免疫共沉淀(Co-IP)和质谱分析等技术鉴定STAT6的磷酸化修饰、互作蛋白及稳定性；通过染色质免疫共沉淀测序(ChIP-seq)和RNA测序(RNA-seq)分析STAT6-PU.1复合物的基因组结合位点及其转录调控功能；使用免疫荧光、彗星实验(Comet Assay)等评估细胞DNA损伤与修复能力；通过SA-β-gal染色、衰老相关分泌表型(SASP)因子检测等鉴定细胞衰老；利用人慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者及对照的肺组织样本进行免疫组织化学分析，验证临床相关性。

研究结果

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  DNA-PK磷酸化STAT6以阻止其泛素化降解
  研究人员发现，在基因毒性应激下，DNA-PK能与STAT6结合，并直接磷酸化其Ser⁸⁰⁷位点。这一磷酸化修饰竞争性地阻断了STAT6的泛素化，从而抑制了其通过蛋白酶体途径的降解，显著延长了STAT6蛋白的半衰期，增加了其在细胞核内的积累。
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  磷酸化的STAT6与PU.1协同激活DNA修复程序
  核内累积的磷酸化STAT6并非单独行动。它通过与转录因子PU.1形成复合物，共同结合到一系列DNA修复相关基因（如Rad51, Brca1等）的增强子区域。这种协同作用强力促进了这些修复基因的转录，建立了一个由STAT6驱动的、旨在增强基因组稳定性的基因表达程序。
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  STAT6磷酸化缺陷导致巨噬细胞DNA修复障碍和衰老
  在STAT6(S807A)磷酸化缺陷的巨噬细胞中，由于STAT6不稳定且无法有效激活DNA修复基因，细胞在面临DNA损伤时修复能力严重不足。这导致DNA损伤持续累积，最终触发细胞衰老程序，表现为衰老相关β 半乳糖苷酶(SA-β-gal)活性升高和衰老相关分泌表型(SASP)因子的大量释放。
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  体内STAT6磷酸化缺失加速系统衰老和组织纤维化
  STAT6(S807A)突变小鼠表现出与年龄不符的早衰特征。其组织驻留巨噬细胞加速衰老，并驱动多个器官（特别是肺和肝脏）发生纤维化病变。全身性地，这些小鼠呈现出代谢功能下降、体力衰退等系统性衰老表现，证实了巨噬细胞通过此通路对机体整体衰老的深远影响。
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  表达磷酸化模拟态STAT6的巨噬细胞可挽救衰老表型
  将表达磷酸化模拟突变体STAT6(S807E)的巨噬细胞过继转移给早衰的STAT6(S807A)小鼠，能够有效降低受体小鼠组织中的衰老和纤维化标志物，部分逆转其加速衰老的表型。这为该通路作为治疗靶点提供了概念性验证。
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  人COPD患者肺巨噬细胞中STAT6磷酸化水平降低
  在人类疾病验证中，研究团队发现，与健康对照相比，COPD患者肺组织巨噬细胞中STAT6在Ser⁸¹⁷位点的磷酸化水平显著下调。这种下调与同一细胞中更高的DNA损伤标志物（如γH2AX）和衰老标志物水平密切相关，提示该机制在人类年龄相关疾病中的普适性和病理重要性。

结论与讨论

本研究系统性地揭示了一条全新的、由DNA损伤触发的“DNA-PK-STAT6轴”。该轴通过STAT6的磷酸化修饰，将其功能从经典的2型免疫应答拓展至维护基因组稳定的全新领域。其核心机制在于：DNA-PK介导的磷酸化稳定STAT6，促进其与PU.1协作，进而大规模激活DNA修复基因网络，从而预防巨噬细胞因DNA损伤累积而进入衰老状态。在体内，这一通路的失灵足以驱动局部组织纤维化和全身性的加速衰老。

这一发现的意义是多维度的。首先，它确立了STAT6在连接DNA损伤响应与先天免疫功能之间的枢纽地位，丰富了对“非经典”2型免疫内涵的理解，即其功能不仅限于对抗胞外病原，还包括维护细胞内基因组完整性。其次，研究为“炎性衰老”的发生提供了具体的分子细胞学解释：巨噬细胞自身的DNA修复能力衰减是其衰老并释放炎症因子的关键诱因之一。最后，也是最直接的，该研究指出了明确的治疗靶点。STAT6的磷酸化位点（Ser⁸⁰⁷/Ser⁸¹⁷）或其上游激酶DNA-PK，有望成为干预巨噬细胞衰老、治疗COPD等年龄相关炎性疾病的潜在新靶标。通过药理学手段增强这一通路的功能，或可为促进健康衰老开辟新的策略。