STING的免疫調(diào)控作用研究進展

馬瑞仙，李向茸，馮若飛*

(1.西北民族大學 生物醫(yī)學研究中心生物工程與技術國家民委重點實驗室，甘肅 蘭州730030；2.西北民族大學 生命科學與工程學院，甘肅 蘭州730030)

干擾素刺激基因(Stimulator of Interferon Genes，STING)是在研究天然免疫信號通路過程中發(fā)現(xiàn)的新型接頭蛋白，廣泛參與宿主體內(nèi)的多種信號傳導過程。人源STING編碼379個氨基酸，與鼠源STING基因同源性為81%，蛋白分子量約為42 ku，N端含4～5個跨膜結(jié)構(gòu)域，C端含1個球狀的C端結(jié)構(gòu)域(C-terminal domain，CTD)[1]。細胞內(nèi)的環(huán)狀二核苷酸(Cyclic dinucleotide，CDN)可通過與兩個STING單體形成的對稱性二聚體凹槽相結(jié)合，進而激活天然免疫反應[2-3]。靜息狀態(tài)下，STING主要以無活性的同源二聚體的形式定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜及線粒體內(nèi)外膜中。當STING活化時，呈V型的CTD與cGAMP(cGAMP synthetase，cGAS)結(jié)合，使STING的空間構(gòu)象發(fā)生改變，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)易位子系統(tǒng)的作用下向C端招募細胞質(zhì)中的TANK結(jié)合激酶1(TANK-binding kinase I，TBK I)，并將其轉(zhuǎn)移至高爾基體或細胞核激活核因子κB(Nuclear factor κB，NF-κB)和干擾素調(diào)節(jié)因子3(Interferon regulatory factor 3，IRF3)等，磷酸化的IRF3形成二聚體轉(zhuǎn)移至細胞核內(nèi)與下游信號蛋白結(jié)合，誘導1型干擾素(Type I interferon，IFN-I)的產(chǎn)生，激活天然免疫反應[4-5]。

STING作為一種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留蛋白，在病毒、細菌及寄生蟲感染觸發(fā)的天然免疫反應、機體的腫瘤免疫過程以及細胞自噬過程中發(fā)揮重要的樞紐作用[6]。STING可以通過自身的磷酸化、泛素化和二聚化修飾調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成和IFN表達，在機體的多個免疫環(huán)節(jié)中發(fā)揮關鍵作用。許多病毒可以通過與cGAS-STING通路上的信號蛋白相互作用，進而刺激機體產(chǎn)生與正常的免疫應答反應數(shù)量不等的IFN，引起病毒的增殖或自身免疫性疾病。腫瘤細胞增殖能使抗原提呈細胞中的STING活化，從而激活T細胞介導的適應性免疫過程，發(fā)揮抗腫瘤作用[7-9]。分枝桿菌中泛素介導的自噬依賴于STING信號通路的激活[10]，STING可與自噬相關蛋白相互作用，通過自身的降解以及對IFN信號通路的調(diào)節(jié)來影響腫瘤免疫過程。本文就STING在抗病毒感染免疫、腫瘤免疫和細胞自噬等免疫調(diào)控過程中的作用進行簡要綜述，以期為相關藥物及疫苗的研發(fā)提供理論參考。

1 STING在抗病毒感染免疫中的作用

根據(jù)基因組的特點和復制方式的不同，病原體的遺傳物質(zhì)DNA或RNA被細胞表面的模式識別受體(Pattern recognition receptor，PRRs)識別，并通過不同的途徑激活cGAS，使其利用ATP、GTP合成2'3'cGAMP，2'3'cGAMP作用于STING，使其通過二聚化、磷酸化等方式發(fā)生構(gòu)象改變，招募TBK1，進而從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)移至高爾基體，使IRF3磷酸化并向細胞核周圍轉(zhuǎn)移，促進IFN-α、IFN-β和IL-2、IL-12、IFN-γ等細胞因子的產(chǎn)生及T細胞和B細胞的增殖分化，進而啟動適應性免疫應答[2,11]。最新研究顯示，STING通過與病毒蛋白相互作用或被病毒蛋白特異性切割等方式影響病毒的復制，參與宿主的抗感染免疫過程。

1.1 STING在抗DNA病毒感染免疫中的作用 DNA病毒感染宿主細胞后被PRRs識別并與MDA5相互作用，隨后通過線粒體抗病毒信號蛋白(Mitochondrial antiviral signaling protein，MAVS)激活下游的cGAS或IFN-γ誘導的蛋白16(IFN-γ-induced protein 16，IFI16)形成cGAMP，然后cGAMP與二聚化的STING結(jié)合，招募TBK I和IRF3，激活NF-κB信號通路，最終誘導IFN-I及下游基因的表達，從而發(fā)揮抗病毒作用[3,12-13]。最新研究顯示，HSV-1的感染細胞蛋白27(Infected cellular protein 27，ICP27)可阻斷STING二聚體與TBK1結(jié)合，從而影響TBK1介導的下游信號通路[14]。小鼠巨細胞病毒m152蛋白和卡波西肉瘤相關皰疹病毒(Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus，KSHV)通過激活干擾素調(diào)節(jié)因子1(Interferon regulatory factor 1，IRF1)與STING結(jié)合，可抑制STING介導的IRF3信號通路，但對STING介導的NF-κB信號通路沒有影響。KSHV的ORF52和人巨細胞病毒外膜蛋白pUL83通過抑制cGAS的酶活性來調(diào)節(jié)cGAS/STING介導的IFN-I信號傳導途徑[5]。

1.2 STING在抗RNA病毒感染免疫中的作用 與大多數(shù)DNA病毒不同，RNA病毒通過與病毒蛋白相互作用，被病毒蛋白特異性切割，兩種方式作用于STING相關信號通路。登革熱病毒(Dengue virus，DENV)非結(jié)構(gòu)蛋白NS3及其輔助因子NS2B構(gòu)成的蛋白酶復合物(NS2B/3)能特異性地切割STING蛋白，導致STING降解，從而使IFN-I減少[15-17]。甲型流感病毒(Influenza A virus，IAV)的血凝素融合肽(Hemagglutinin fusion peptide，HFP)通過抑制STING二聚化和TBK1磷酸化，阻斷STING依賴性IFN的產(chǎn)生，從而促進IAV復制[18]。黃熱病病毒(Yellow fever virus，YFV)和丙型肝炎病毒(Hepatis C virus，HCV)感染過程中，其非結(jié)構(gòu)蛋白NS4B可誘導細胞膜重排，主要通過阻斷cGAMP下游信號通路中的重要接頭蛋白的激活來抑制STING及IFN的產(chǎn)生[18]。SARS冠狀病毒(SARS coronavirus，SARS-CoV)、人類冠狀病毒NL63(Human coronavirus NL63，HCoV-NL63)和豬流行性腹瀉病毒(Porcine epidemic diarrhea virus，PEDV)的木瓜蛋白酶樣蛋白酶(Papain-like protease，PLP)可破壞STING的泛素化、磷酸化、二聚化及STING與MAVS、RIG-I、TBK1和IRF3的特異性識別，從而抑制IFN-β的產(chǎn)生[8,18]。

1.3 STING在抗逆轉(zhuǎn)錄病毒感染免疫中的作用 人類免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus，HIV)等逆轉(zhuǎn)錄病毒在感染細胞后產(chǎn)生的DNA-RNA雜交中間體(cDNA)和雙鏈DNA，可激活cGAS/IFI16-STING通路。猿猴免疫缺陷病毒(Simian immunodeficiency virus，SIV)感染恒河猴細胞，使NLRX1的表達快速上調(diào)并與STING結(jié)合，破壞STING和TBK1的相互作用，抑制STING的磷酸化和下游信號傳導[11]。在樹突細胞(DC)、骨髓細胞等免疫細胞中，SAMHD1通過調(diào)節(jié)cGAS-STING信號通路，阻斷HIV-1感染誘導IFN相關信號的傳導，HIV-2病毒蛋白x(Viral protein x，Vpx)通過降解SAMHD1對上述過程起負調(diào)節(jié)作用[19-20]。在CD4+T細胞中，HIV的病毒蛋白r(Viral protein r，Vpr)誘導STING表達，啟動STING介導的IFN信號通路[20]，而HIV病毒蛋白u(Viral protein u，Vpu)則發(fā)揮相反作用，是導致機體免疫力下降的原因之一[20]。

2 STING在腫瘤免疫中的作用

STING參與腫瘤免疫過程，并在T細胞介導的腫瘤免疫過程中發(fā)揮重要的樞紐作用。在結(jié)腸癌、黑素瘤和缺乏端粒酶等疾病中檢測到cGAS-STING途徑有效抑制了癌細胞的擴散。在STING缺陷型小鼠中，CD8+T細胞的活化和腫瘤排斥反應受到了抑制，這可能與DC中IFN-β的產(chǎn)生依賴于STING有關[21]。來源于腫瘤細胞的DNA、微核、細胞質(zhì)染色質(zhì)片段和游離端粒DNA，可激活cGASSTING途徑并誘導細胞衰老、參與炎癥反應和T細胞介導的抗腫瘤免疫反應[18,22-23]。人乳頭瘤病毒18(Human papillomavirus 18，HPV18)的癌蛋白E7和人腺病毒5(Human adenovirus 5，HAD 5)E1A通過抑制STING活性，進而促進腫瘤的發(fā)生[15]。在某些情況下，NK細胞依賴性腫瘤排斥反應在很大程度上依賴于非腫瘤細胞中STING的激活[23]。STING在埃博拉病毒(Ebola virus，EBV)引起的鼻咽癌(Nasopharyngeal carcinoma，NPC)中，可以促進髓源性抑制性細胞(Myeloid-derived suppressor cell，MDSC)的分化，抑制NK T細胞的功能，促進腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移，是導致患者預后不良的主要原因[24]。研究表明，cGASSTING途徑參與宿主細胞的腫瘤調(diào)節(jié)過程，但腫瘤細胞的DNA如何進入吞噬細胞而被傳遞給抗原提呈細胞，以及DNA如何從細胞核轉(zhuǎn)移至細胞質(zhì)中激活cGAS-STING通路的機制還需進一步研究[25]。鑒于STING的激活與腫瘤免疫過程密切相關，了解cGAS-STING途徑將為癌癥相關治療藥物的設計奠定堅實的理論基礎。

3 STING在細胞自噬過程中的作用

自噬作為細胞自我降解的一個過程，在激活和調(diào)節(jié)先天性和適應性免疫應答中發(fā)揮重要作用。最新研究發(fā)現(xiàn)，STING是一種潛在的自噬受體，與LC3直接相互作用，以非經(jīng)典方式介導細胞的自噬[26]。有研究表明，STING在絲氨酸/蘇氨酸UNC-51樣激酶(ULK1/ATG1)的催化下促進第366位絲氨酸的磷酸化，引起STING降解并避免了超敏反應的發(fā)生[27]。STING能夠誘導革蘭氏陽性細菌發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自噬[28]。此外，STING缺乏不能阻止饑餓引起的自噬，這表明STING對免疫原性刺激引起的細胞自噬過程同樣發(fā)揮重要作用。cGAS與自噬調(diào)節(jié)因子Beclin-1相互結(jié)合，通過抑制cGAMP合成，阻斷HSV-1感染引起的IFN-I信號通路，能夠在一定程度上調(diào)節(jié)自噬的發(fā)生。STING與ATG5、Beclin1、Atg9a、ULK1和p62等自噬調(diào)節(jié)因子存在共定位現(xiàn)象，DNA病毒通過激活cGASSTING-TBK1通路誘導p62磷酸化，并使其與泛素化的STING相互作用，促進STING向自噬體的轉(zhuǎn)運及自身的降解，進而抑制IFN表達，導致病原菌擴散[29]。自噬可通過調(diào)節(jié)如NF-κB和STING等關鍵免疫調(diào)節(jié)因子，控制免疫過激引起的過度炎癥反應的發(fā)生。研究表明，STING可通過抑制自噬，限制寨卡病毒(Zika virus，ZIKV)的復制及其在妊娠小鼠模型中的垂直傳播，并且ZIKV復制與細胞自噬呈正相關[30]。

4 小結(jié)與展望

STING在細胞免疫調(diào)控過程中發(fā)揮雙重功能，其表達量的多少對于各種病原微生物和機體內(nèi)的細胞因子的產(chǎn)生具有不同程度的影響[7]。許多病毒均能通過cGAS和STING依賴性方式誘導IFN表達，主要通過病毒的不同蛋白與STING相互作用促進或抑制病毒的復制。其次，STING還能通過IFN非依賴性途徑調(diào)節(jié)鈣穩(wěn)態(tài)，ER應激和T細胞存活，在一定條件下可通過未知機制引起肺部疾病和T細胞、血細胞的減少[31]。在細胞固有免疫的過程中，STING通過與自噬相關蛋白LC3、P62、Beclin-1等結(jié)合調(diào)節(jié)細胞內(nèi)多種蛋白的降解，為機體正常的新陳代謝提供穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境。細胞內(nèi)STING的表達量亦可對多種細胞的發(fā)育過程產(chǎn)生影響，進而調(diào)節(jié)T細胞介導的腫瘤免疫過程。此外，在疾病發(fā)生時STING的異常表達，激活下游細胞因子釋放出大量白介素和腫瘤壞死因子，造成局部組織的過度炎癥、損傷并且降低機體對外界刺激的反應能力。有研究顯示，紫外線照射使角質(zhì)層細胞損傷產(chǎn)生的DNA可以抑制ULK1對STING的磷酸化而引起持續(xù)的免疫反應。非酒精性脂肪肝病(NAFLD)中STING通過應激反應或攝入外源性的遺傳物質(zhì)活化STING導致肝臟脂肪變性和纖維化[7]。雖然關于STING的研究很多，但其具體如何參與機體免疫調(diào)控過程的機制仍需進一步闡明。例如，RIG-I或MDA5如何在識別到病毒后將信號傳遞給STING？STING是如何與病毒蛋白相互作用的？STING在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體之間的轉(zhuǎn)移是如何進行的？因此，對STING的深入研究有助于人們對天然免疫過程的理解，進而為新型疫苗和新藥的研發(fā)等工作提供更好的思路和方法。