靶向 cGAS-STING 通路或可治療漸凍癥
腫瘤免疫治療靶點的后起之秀——STING 在科研界快速俘獲一大票“粉絲”，對于常常“霸占”科研界熱搜的 STING 您了解多少？
自從 12 年前被發現以來，STING 途徑就吸引了眾多頂級生物學家的關注，去年 3 月，陳志堅教授帶領的研究團隊和其合作者在 Nature 上同日發表三篇論文，讓 cGAS-STING 通路大火了一把，并被認為是未來十年內腫瘤免疫靶點的“爆款”之一。
干擾素基因刺激蛋白 (Stimulator of interferon genes, STING) 是內質網膜上的一種銜接蛋白，用于調控先天免疫信號傳導，在各種內皮細胞和上皮細胞以及造血細胞中表達。cGAS (cyclic GMP-AMP synthase) 是一種核苷酸轉移酶，在 ATP 和 GTP 存在的情況下，與胞質 DNA (病毒、細菌或者來源細胞核、線粒體的自身 DNA) 結合催化產生第二個信使 cGAMP。
cGAS-STING 通路：cGAS 激活產生的 cGAMP，或內質網應激、病毒脂質體和環狀二核苷酸 (CDNs) 使 STING 構象發生變化并被激活 → 激活的 STING 從內質網轉移到高爾基體，并招募 TANK 結合激酶 1 (TBK1) 和 IκB 激酶 (IKK) → 激活的 TBK1 和 IKK 再磷酸化下游的干擾素調節因子 IRF3 和核轉錄因子 NF-κB 抑制蛋白 IκBα → 激活的 IRF3 和 NF-κB 入核誘導相關細胞因子和蛋白質 (如 IFN、IL-6、TNF) 的表達，如圖 1。cGAS-STING 通路還涉及 MAPK 通路和溶酶體依賴性細胞死亡。
圖 2. cGAS-STING 通路簡圖[2]
近期，MCE 客戶澳大利亞墨爾本大學 Seth L. Masters 教授團隊在 Cell 上發表了題為 TDP-43 Triggers Mitochondrial DNA Release via mPTP to Activate cGAS/STING in ALS 的研究成果，發現在肌萎縮性側索硬化癥 (ALS，俗稱漸凍癥) 中，核 DNA/RNA 結合蛋白 TDP-43 通過 mPTP (線粒體通透性轉換孔) 觸發線粒體 DNA 的釋放，以激活 cGAS/STING。
■ TDP-43 誘導的炎癥信號依賴于 cGAS/STING
TDP-43 在細胞質積累是許多 ALS 病例的疾病標志，伴有 NF-κB 和 I 型干擾素 IFN 通路上調相關的神經炎癥細胞因子表征。基因敲除和藥理抑制 cGAS 和 STING 能阻止 TDP-43 炎癥信號 IFNB1 和 TNF 的表達量上調。
■ TDP-43 觸發 mtDNA 釋放入細胞質激活 cGAS/STING
顯微鏡下觀察 TDP-43 的過表達細胞中 TDP-43、線粒體和線粒體 DNA (mtDNA) 顯示，mtDNA “泄漏”到細胞質中。mtDNA 結合并激活 cGAS/STING 誘導 IFNB1 和 TNF 的表達量上調。并且還發現，mtDNA 通過 mPTP 釋放，且依賴于電壓依賴性陰離子通道 (VDAC1)。
(Cyclosporin A (CsA) 使或者 mPTP 失活，或 VDAC1 低聚反應抑制劑 VBIT-4 處理，都減少 mtDNA 的釋放，抑制炎癥信號的上調。)
圖 3. TDP-43 誘導 mtDNA 的釋放
(VBIT-4 購自 購自 MedChemExpress）
■ 抑制 STING 可改善神經退行性病變
人類 ALS 相關 TDP-43 突變使小鼠脊髓、皮質和血液循環中 cGAS 信號分子 cGAMP 水平升高，皮質或脊髓的單細胞中的細胞溶質中檢測到 mtDNA。重要的是，STING 基因的缺失導致這種 TDP-43 突變相關的 ALS 疾病進程得到緩解，并且僅僅是單個等位基因的缺失就能起到緩解作用。藥理性抑制 STING 能阻止神經元的丟失，這種神經元保護作用能延緩 ALS 的疾病進展。
(STING 抑制劑 H-151 降低 TDP-43 突變小鼠模型中炎癥信號，防止皮質層 V 神經元丟失。)
圖 4. STING 的抑制阻止小鼠模型皮質層 V 神經元丟失
該實驗發現了 cGAS 是 ALS 中參與 TDP-43 相關神經炎癥調節的重要免疫傳感器，TDP-43 通過 mPTP 將 mtDNA 釋放到細胞質中以激活 cGAS-STING 通路信號傳導。證明了 cGAS 和 STING 抑制劑能阻止 TDP-43 誘導的炎癥。揭示了在 ALS 中，抑制 cGAS/STING 可能緩解 ALS 的炎癥相關損傷，可能有助于緩解 TDP-43 相關的神經元衰退癥狀。
小編寄語：目前，作為先天免疫的重要蛋白，STING 的相關研究主要涉及腫瘤免疫和抗病毒方面，這項研究開辟了 STING 在神經退行性疾病方向的道路，是名副其實的“重磅”！在此，也要恭喜客戶發表大作。(文章中使用的 VBIT-4 購自 MCE)
原文鏈接: DOI: 10.1016/j.cell.2020.09.020
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縮寫：
mPTP: Mitochondrial permeability transition pore
VDAC1: Voltage-dependent anion channel 1cGAMP: Cyclic GMP–AMP
TBK1: TANK-binding kinase 1
IRF: Interferon regulatory transcription factor
IκB: Nuclear factor-κB
MAPK: Mitogen-activated protein kinase
ALS: Myotrophic lateral sclerosis
參考文獻
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1. Glen N Barber, et al. STING: infection, inflammation and cancer. Nat Rev Immunol. 2015 Dec; 15(12): 760-70.2. Mona Motwani, et al. DNA sensing by the cGAS-STING pathway in health and disease. Nat Rev Genet. 2019 Nov; 20(11): 657-674.
3. Chien-Hsiung Yu, et al. TDP-43 Triggers Mitochondrial DNA Release via mPTP to Activate cGAS/STING in ALS. Cell. 2020 Oct 3; S0092-8674(20)31161-2.
4. Wang, R., et al. Activation of interferon signaling pathways in spinal cord astrocytes from an ALS mouse model. Glia. 2011 Jun;59(6):946-58.
