丙酮酸通过修饰STAT1抑制干扰素途径

分享一篇发表在Cell上的文章，题目为“Pyruvate is a natural suppressor of interferon signaling by inducing STAT1 protein pyruvylation”，通讯作者是来自电子科技大学的郑慧教授，研究方向是免疫相关疾病的分子机理及临床诊治研究。在本文中，作者发现丙酮酸作为糖酵解的终产物可以修饰STAT1蛋白，从而抑制I型干扰素（IFN-I）信号通路的抗病毒功能。

糖酵解是将葡萄糖转化为丙酮酸的核心代谢途径，其终产物丙酮酸在能量供应和生物合成中的作用已广为人知，但其非代谢功能尚未被充分探索。近年来的研究发现，多种代谢物可以作为信号分子，通过蛋白质翻译后修饰（如乙酰化、乳酸酰化等）直接调控细胞功能。因此，在本文中，作者希望探究糖酵解产物是否能以类似方式干预免疫。

首先，作者通过RNA-seq和基因集富集分析（GSEA）发现，在高糖环境下，细胞的糖酵解通路显著增强，但与此同时I型干扰素（IFN-I）诱导的抗病毒信号通路则显著下调，而这一过程确实与丙酮酸的积累有关。随后，为了研究丙酮酸的作用靶点，作者采用生物素-丙酮酸探针处理活细胞，他们发现该探针可以富集STAT1蛋白，而高盐缓冲液的洗涤也无法影响这一相互作用。因此，作者认为丙酮酸可能共价修饰在STAT1蛋白上。

随后，作者通过富集STAT1蛋白鉴定到在其K201残基上存在70.0468 Da的质量偏移，这恰好与丙酮酰基的分子量吻合。此外，他们也证明了随着葡萄糖浓度的升高，K201丙酮酰化的水平发生了上升。随后作者也制备了针对这一位点的抗体，通过IP野生型或修饰蛋白证明了该位点丙酮酰化的修饰率约为30%。此外，他们也通过合成修饰的标肽，证明了标肽与内源肽的碎片离子完全一致。

接下来，作者在细胞中表达了STAT1-K201R，证明了该位点突变后确实无法被Pyru-K201抗体所富集，且敲除糖酵解关键酶PKM2后也无法观察到修饰的产生。此外，作者也在体外重组了这一过程，他们将纯化的STAT1与全细胞裂解液（WCL）共孵育，证明在加入ATP和丙酮酸的条件下能够产生修饰，而失活的裂解液则不能诱导这一过程。