科研还是要“脚踏实地”
导师常说一句话：科研就是和其他同行在赛跑，第一名是冠军，其他人是陪跑者。但事无绝对，比如第一名的成绩被取消了，或许能够后来者居上。
2019年9月，来自哈佛大学医学院的Xu Wu教授团队在Nature上发表题为Fatty acids and cancer-amplified ZDHHC19 promote STAT3 activation through S-palmitoylation的研究性论文。在该论文中，作者发现棕榈酰基转移酶ZDHHC19通过诱导STAT3发生S棕榈酰化修饰来促进后者活化。但是该论文发表一天后就被曝多处图片重复使用，最终论文于2020年7月被撤稿。
然而近期，Nature期刊上再次发表一篇相似的研究工作，今天我们一起来看看。
2020年10月7日，来自美国康奈尔大学的林合宁教授团队在Nature上发表题为A STAT3 palmitoylation cycle promotes TH17 differentiation and colitis的研究性论文。在该论文中，作者发现STAT3蛋白的棕榈酰化-去棕榈酰化循环调控能够促进TH17细胞分化，从而诱导炎症性肠炎的发生。
研究背景
半胱氨酸棕榈酰化是一个可逆的转录后修饰调控方式，棕榈酰基转移酶DHHC家族成员能够促进蛋白发生棕榈酰化，酰基蛋白硫酯酶APT家族成员又能够诱导蛋白发生去棕榈酰化。尽管目前已知有上千种人类蛋白能够发生半胱氨酸棕榈酰化，但是棕榈酰化的调控机制以及其对生物学功能的影响目前还不清楚。
研究结果
为了探究棕榈酰化的生物学功能，作者对机体中重要的转录因子STAT3的棕榈酰化进行研究（撤稿论文的研究也是STAT3的棕榈酰化）。通过在293T细胞中过表达所有的棕榈酰基转移酶质粒，作者发现DHHC7（由Zdhhc7基因编码）和DHHC3（由Zdhhc3基因编码）能够促进STAT3的棕榈酰化修饰，其中DHHC7对STAT3的棕榈酰化修饰作用更加明显。
接下来作者探究STAT3蛋白的棕榈酰化修饰位点。蛋白质的半胱氨酸残基和赖氨酸残基均能够发生棕榈酰化修饰，作者使用羟胺抑制半胱氨酸的棕榈酰化修饰，发现DHHC7诱导的STAT3蛋白棕榈酰化修饰水平显著降低，这表明STAT3蛋白的棕榈酰化修饰发生在半胱氨酸上。接着作者对STAT3蛋白上的14个半胱氨酸残基依次进行突变，发现只有当Cys108突变时，STAT3蛋白的棕榈酰化明显降低，这表明DHHC7诱导STAT3的棕榈酰化修饰发生在Cys108位点。
半胱氨酸棕榈酰化修饰最主要的作用是介导蛋白的膜转移。先前的研究表明STAT3活化时需要转移到细胞膜上与JAK2相互作用，因此，作者猜想STAT3的棕榈酰化修饰可能会影响其膜转移和活化。通过免疫荧光实验，作者发现正常情况下STAT3与JAK2共定位于细胞膜上，但是当DHHC7缺陷后，STAT3定位于细胞核中，这表明DHHC7诱导STAT3蛋白发生棕榈酰化修饰后促进其膜转移。
既然STAT3能够发生棕榈酰化修饰，那必定也存在去棕榈酰化修饰机制。APT1和APT2是两个重要的酰基蛋白硫酯酶，能够介导蛋白发生去棕榈酰化修饰。然而先前的研究指出APT1主要定位于线粒体中，因此作者着重探究APT2对STAT3的调控作用。通过将APT2和STAT3共表达于293T细胞中，作者发现APT2能够抑制STAT3的棕榈酰化。
为了进一步确定这个结果，作者使用siRNA敲低APT2或者使用APT2的抑制剂ML349，发现STAT3的棕榈酰化水平显著上调。但是APT2不能诱导非磷酸化状态的STAT3发生去棕榈酰化修饰，这表明APT2能够介导磷酸化的STAT3发生去棕榈酰化修饰，从而诱导后者定位于细胞核中发挥转录因子的功能。
先前的研究指出STAT3作为机体中重要的转录因子，能够介导TH17细胞分化。因此，作者接下来探究STAT3的棕榈酰化和去棕榈酰化的循环调控是否能够影响TH17细胞分化。当使用APT2的抑制剂ML349或者DHHC7缺陷时，TH17细胞分化受到明显抑制，这表明STAT3的棕榈酰化和去棕榈酰化的循环调控能够抑制TH17细胞分化。
TH17细胞的分化与炎症性肠炎的发生密切相关，接下来作者探究STAT3的棕榈酰化修饰是否影响炎症性肠炎的发生。作者收集了24个克罗恩病人的样本和10个溃疡性肠炎病人的样本，通过对DHHC7和APT2的基因表达进行分析，作者发现肠炎病人样本中DHHC7和APT2的基因表达显著上调，并且DHHC7和APT2的基因表达与TH17细胞分化以及STAT3的磷酸化呈现正相关，这暗示STAT3的棕榈酰化和去棕榈酰化的循环调控能够促进炎症性肠炎的发生。
为了进一步确定这个结果，作者使用APT2的抑制剂ML349处理小鼠或者使用DHHC7缺陷鼠，发现与野生型小鼠相比，DSS诱导的小鼠肠炎明显减轻，这表明抑制STAT3的棕榈酰化和去棕榈酰化的循环调控能够缓解炎症性肠炎。
结果总结
总结这篇文章， 作者发现DHHC7能够诱导STAT3的半胱氨酸108位点发生棕榈酰化，促进后者转移至细胞膜上与JAK2相互作用。随后JAK2介导STAT3酪氨酸705位点发生磷酸化，磷酸化的STAT3能够被APT2去棕榈酰化，从而促进其入核，行使细胞因子的功能，促进TH17细胞的分化以及炎症性肠炎的发生。该论文不仅揭示了STAT3棕榈酰化的调控机制，还发现STAT3的棕榈酰化和去棕榈酰化的循环调控能够促进炎症性肠炎的发生，为炎症性肠炎的治疗提供新的思路。