病原微生物的入侵和細(xì)胞受損導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)中DNA異常聚集,環(huán)化核苷酸合成酶（cGAS）通過識別細(xì)胞質(zhì)中的DNA,催化生成第二信使2’,3’-cGAMP,將信號傳遞給下游干擾素基因刺激因子（STING）,誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子IRF3和NF-κB入核,表達(dá)和分泌Ⅰ型干擾素等炎癥因子,進(jìn)而激活機(jī)體固有免疫和適應(yīng)性免疫反應(yīng)。cGAS-STING信號通路調(diào)控紊亂將導(dǎo)致病原體感染,以及腫瘤和自身免疫疾病等多種疾病發(fā)生和發(fā)展,因此靶向cGAS和STING蛋白進(jìn)行的藥物開發(fā)具有十分重要的臨床價值。本文討論cGAS-STING信號通路的最新研究進(jìn)展以及其在不同疾病中發(fā)揮的功能,并總結(jié)目前已報道的調(diào)節(jié)cGAS和STING的小分子化合物,為后續(xù)相關(guān)的藥物研發(fā)提供理論參考。 

【文章來源】：中國藥科大學(xué)學(xué)報. 2020,51(03)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

c GAS-STING信號通路抑制劑

人源c GAS由522個氨基酸組成，相對分子質(zhì)量大小為60 k D，位于N末端的130-155 aa為非保守序列，功能研究尚不明確，而155-522 aa構(gòu)成了c GAS的C末端核酸轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域，含有一個位于中心的催化區(qū)域和分散在兩側(cè)的陽離子表面區(qū)域[3]。c GAS通過上述區(qū)域與雙鏈DNA螺旋中的脫氧核糖磷酸骨架以2︰2的形式結(jié)合成多聚體。此外，c GAS上的鋅指區(qū)域通過離子鍵進(jìn)一步穩(wěn)定其與DNA的結(jié)合[4]。DNA的結(jié)合能誘導(dǎo)c GAS核酸轉(zhuǎn)移酶催化區(qū)域的結(jié)構(gòu)重排，進(jìn)而以ATP和GTP為底物催化形成2"-5"和3"-5"環(huán)狀GAMP分子（cyclic GMP-AMP），即2",3"-c GAMP（圖1-A)[3]。值得注意的是c GAS對DNA的識別并不依賴于DNA序列的特異性，長鏈DNA(>45 bp）能更高效地激活c GAS酶活，且病原體入侵、線粒體受損或基因組不穩(wěn)定性導(dǎo)致的細(xì)胞質(zhì)中DNA聚集都能導(dǎo)致c GAS激活[5]。2",3"-cGAMP在與下游受體蛋白STING結(jié)合后完成信號的傳遞[6]。人源STING蛋白由379個氨基酸組成，包含N端4次跨膜區(qū)（N terminal transmembrane domain,NTD,1-137 aa），環(huán)化核苷酸結(jié)合區(qū)域（cyclic dinucleotides binding domain,CBD,138-340 aa）和C末端尾巴（C terminal tail,CTT,341-379 aa)[7]。靜息狀態(tài)下STING蛋白以同源二聚體形式存在，兩個分子的NTD相互交錯將蛋白錨定在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)，CBD區(qū)域在細(xì)胞質(zhì)中形成“V”形口袋用于識別2",3"-cGAMP。2",3"-cGAMP的結(jié)合誘導(dǎo)STING蛋白的空間構(gòu)象由“V形”向“U”形口袋轉(zhuǎn)變，且口袋頂部的開口處形成帽子結(jié)構(gòu)促進(jìn)STING二聚體形成四聚體和多聚復(fù)合物（圖1-B），多聚化的STING蛋白脫離內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向高爾基體轉(zhuǎn)移并在此過程中以其CTT區(qū)域招募TANK結(jié)合激酶（TANK-binding kinase,TBK1),TBK1在與STING多聚體結(jié)合后發(fā)生自磷酸化（172位絲氨酸發(fā)生磷酸化，S172），激活其激酶活性后催化STING蛋白的磷酸化（366位絲氨酸發(fā)生磷酸化，S366），磷酸化后的STING蛋白進(jìn)一步以其CTT區(qū)域招募轉(zhuǎn)錄因子干擾素調(diào)節(jié)因子3(interferon regulatory factors 3,IRF3），促進(jìn)IRF3磷酸化（396位絲氨酸發(fā)生磷酸化，S396）和二聚化入核，激活Ⅰ型IFNs相關(guān)基因的表達(dá)[8-9]。同時STING將信號傳給腫瘤壞死因子受體相關(guān)蛋白6(TNF receptor associated factor 6,TRAF6），激活經(jīng)典核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB）信號通路，誘導(dǎo)TNF-α和IL-6等炎癥因子釋放[2]。與2",3"-cGAMP類似，細(xì)菌的代謝產(chǎn)物環(huán)鳥苷二磷酸（cyclic diguanylate monophosphate,c-di-GMP）和環(huán)腺苷二磷酸（cyclic diadenylate monophosphate,c-di-AMP）分子也能結(jié)合到STING的CBD區(qū)域，誘導(dǎo)信號通路的激活[10]。cGAS-STING信號通路的信號傳遞過程見圖2。

c GAS-STING信號通路通過促進(jìn)Ⅰ型IFNs,TNF-α和IL-6等炎癥因子表達(dá)，一方面能誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生大量干擾素刺激基因（interferon-stimulatedgenes,ISGs），而另一方面能促進(jìn)樹突細(xì)胞向T細(xì)胞呈遞抗原，加強(qiáng)抗腫瘤免疫[13]。但是腫瘤細(xì)胞能從多個層面抑制c GAS-STING信號通路從而逃避免疫監(jiān)察。通過生物信息學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在腎癌、乳腺癌、肺癌、肝癌等多種人腫瘤細(xì)胞系中，c GAS和STING的基因通過表觀遺傳學(xué)降低了翻譯效率，而且在蛋白水平通常是以不能行使正常功能的突變體形式存在[14]。而且Wu等[15]發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞中人上皮生長因子受體2(human epidermalgrowth factor receptor 2,HER2）可以招募RAC-β絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶（RAC-beta serine/threo-nine-protein kinase,AKT），抑制STING信號通路，促進(jìn)了腫瘤發(fā)展。同時也有研究發(fā)現(xiàn)如果NF-κB信號通路過度激活，炎癥反應(yīng)會參與腫瘤的發(fā)生、轉(zhuǎn)移、免疫逃逸以及腫瘤微環(huán)境中的血管生成，促進(jìn)腫瘤的惡化[16]。比如致癌物二羥甲基丁酸（dimethylolbutanoic acid[2,2-bis(hydroxymethyl)butyric acid],DMBA）會導(dǎo)致表皮角質(zhì)細(xì)胞核DNA發(fā)生損傷，并使其釋放到細(xì)胞質(zhì)，從而激活細(xì)胞內(nèi)的c GAS-STING信號，促進(jìn)皮膚的癌變[17]。還有在肺癌細(xì)胞的腦轉(zhuǎn)移模型中，在轉(zhuǎn)移到腦部的肺癌細(xì)胞中，細(xì)胞質(zhì)中的DNA可以激活c GAS，而生成的2",3"-c GAMP能通過Gap Junction向大腦部的星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步激活c GAS-STING信號通路，誘導(dǎo)Ⅰ型IFNs和TNF-α等炎癥因子表達(dá)和釋放，而釋放的炎癥因子會通過旁分泌的方式，作用于腫瘤細(xì)胞上，促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞的生長[18]。綜上，c GAS-STING信號通路在腫瘤發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用，而且在大部分的腫瘤模型中，在細(xì)胞和動物水平已經(jīng)證實(shí)c GAS-STING信號通路能夠發(fā)揮很好的抗腫瘤免疫作用，但是不同腫瘤中STING激動劑的安全性和有效性需要謹(jǐn)慎評價。機(jī)體內(nèi)STING信號通路的持續(xù)異常激活能導(dǎo)致多種自身免疫疾病。第一類是因基因突變導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)核酸代謝酶功能異常，比如TREX1,RNAS-EH2A,SAMHD1等基因發(fā)生突變，促進(jìn)DNA在細(xì)胞質(zhì)中的聚集，誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞因子的持續(xù)釋放，導(dǎo)致自身免疫疾病發(fā)生[19-21]。此類疾病包括AGS綜合征（Aicardi-Goutieres syndrome,AGS）、系統(tǒng)性紅斑狼瘡（systemic lupus erythematosus,SLE）等[22]。另一類是由編碼STING蛋白發(fā)生V147L,N154S和V155M等點(diǎn)突變（第147位纈氨酸突變成亮氨酸，第154位天冬酰胺突變成絲氨酸，第155位纈氨酸突變成甲硫氨酸），導(dǎo)致STING蛋白不依賴上游2",3"-cGAMP即可持續(xù)激活，促進(jìn)炎癥因子持續(xù)表達(dá)和釋放，導(dǎo)致組織損傷[23]。在臨床上發(fā)現(xiàn)此類患者早發(fā)于嬰兒時期，主要表現(xiàn)為皮膚紅疹和呼吸急促，發(fā)熱，外周血管病變，肺部炎癥和血液中存在自身抗核抗體等，此類疾病也被統(tǒng)一命名為誘發(fā)于嬰兒時期的STING相關(guān)血管病變（STING-associated vasculopathy with onset in infancy,SAVI）。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]用于腫瘤免疫治療的干擾素基因刺激因子激動劑的研究進(jìn)展[J]. 吉力揚(yáng),郝婧,王國成,謝唯佳.  中國藥科大學(xué)學(xué)報. 2020(01)
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本文編號：3490704