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转化生长因子-β激活激酶1(TAK1)是NF-κB信号通路(如Toll样受体和白介素1受体信号)激活过程中的关键激酶。尽管现有证据表明TAK1的激活需要位于其活化环的第184位和第187位苏氨酸的磷酸化,但人们对TAK1完全激活的分子机制仍缺乏深入了解。本研究发现TAK1的C末端的卷曲螺旋结构域所介导的TAK1蛋白二聚化和自身磷酸化调控了第187位苏氨酸的磷酸化。更重要的是,在多种炎症信号如TNF-α、LPS和IL-1β刺激下,TAK1的完全激活还需要其第412位丝氨酸的磷酸化。体外的激酶实验和在体内利用shRNA干扰内源基因表达的方法发现cAMP依赖的蛋白激酶催化亚基α(PKACα)和X连锁蛋白激酶(PRKX)催化了该位点的磷酸化,并参与调节TLR/IL-1R信号的激活和下游炎性细胞因子的产生。利用Morpholino干扰体内基因表达和回补突变体实验证实了斑马鱼的TAK1蛋白上相对应的第391位丝氨酸位点也在NF-κB激活过程中发挥重要作用。本研究揭示出了PKACα和PRKX通过磷酸化调节TAK1激酶活力来调控天然免疫信号的新的分子机制。水杨酸及其衍生物作为非甾体类抗炎药物已经成为人类消炎、镇痛和预防心血管疾病乃至癌症的常用药物,这部分归功于这类药物能够抑制NF-κB的激活。虽然十多年前就有报道认为水杨酸能够通过竞争ATP抑制IKKβ激酶的活性,但此机制仍无法解释许多现象。本研究发现在TNF-a或IL-1β刺激下,水杨酸钠和阿司匹林可以抑制IKK激酶上游的TAK1激酶的激活。进一步的细胞生化试验表明水杨酸类药物在体外没有直接抑制TAK1和IKKβ激酶的活性,而是通过抑制体内泛素化过程抑制了TAKl激酶及其下游信号的激活。体外的泛素化试验也表明水杨酸类药物可以在体外直接抑制K63连接的和线性化的多聚泛素链合成。在LPS诱导的小鼠急性肺损伤疾病模型中,高剂量水杨酸类药物抑制了肺部组织细胞的NF-κB信号激活和泛素化过程介导的TNFR信号复合体的组装,最终达到缓解肺部炎症反应的效应。本研究首次发现水杨酸类药物通过抑制泛素化系统调控TAK1激酶和下游信号激活,为阿司匹林等药物的药理作用提供了新的理论基础,并提供了以泛素化系统为靶点设计抗炎药物的新思路。