STING與炎癥性疾病的研究進展

胡娟秀,李承彬

(華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬荊州市中心醫(yī)院檢驗醫(yī)學部，湖北 荊州 434000)

干擾素基因刺激因子(stimulator of interferon genes,STING)是在高通量篩選互補脫氧核糖核酸(complementary deoxyribonucleic acid，cDNA)表達文庫時發(fā)現(xiàn)的，因能激活干擾素的啟動子而得名，也被稱為跨膜蛋白173、干擾素調(diào)節(jié)因子3的調(diào)控激活因子以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)干擾素刺激蛋白等[1]。人的STING由379個氨基酸組成，分子量約為42 000，與小鼠STING蛋白相似度約為81%，其N端(1～173)包含5次跨膜結(jié)構(gòu)，C端(174～379)是胞質(zhì)內(nèi)可溶部分即羧基端結(jié)構(gòu)域[2-3]。N端的功能目前尚不清楚，推測可能與其在細胞內(nèi)的定位有關(guān)，羧基端結(jié)構(gòu)域可識別并直接結(jié)合環(huán)二核苷酸，包括環(huán)二鳥苷酸、環(huán)二腺苷酸和環(huán)化鳥苷酸-腺苷酸(cyclic guanosine monophosphate-adenosine monaphosphate，cGAMP)等[2-3]。STING蛋白主要表達于人的巨噬細胞、T淋巴細胞、樹突狀細胞、內(nèi)皮細胞、上皮細胞及成纖維細胞等的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體及微粒體的外膜上[4]。STING作為眾多信號通路中的一個中樞免疫分子，通常以二聚體的形式處于自我抑制狀態(tài)，受上游信號刺激后發(fā)生蛋白構(gòu)型改變，進而被活化，繼而引起下游一系列免疫細胞及炎癥因子的活化與產(chǎn)生，從而促進機體內(nèi)炎癥反應的發(fā)生，并產(chǎn)生相應的臨床癥狀?，F(xiàn)就STING、相關(guān)的信號通路及其在機體炎癥性疾病中的作用進行綜述。

1 STING及其相關(guān)信號通路

固有免疫應答是機體抵御外來病原微生物入侵的第一道防線，該過程主要由表達于機體固有免疫細胞表面的一類能夠直接識別并結(jié)合病原微生物或宿主凋亡細胞表面的病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular pattern，PAMP)受體誘導發(fā)生，這類受體被統(tǒng)稱為模式識別受體，常見的模式識別受體包括視黃酸誘導基因1樣受體、Toll樣受體、2′-5′-寡腺苷酸合成酶、C型凝集素受體以及核苷酸寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體等[5]。常見的PAMP有兩大類，第一類主要包括細菌的脂多糖、磷壁酸、肽聚糖、甘露糖以及病原菌的DNA和雙鏈RNA等，統(tǒng)稱為PAMP；另一類主要是自身細胞、組織或器官受到缺氧、創(chuàng)傷以及應激等因素損傷后釋放到胞外的一些內(nèi)源性物質(zhì)，統(tǒng)稱為損傷相關(guān)分子模式[6]。研究表明，無論是PAMP還是損傷相關(guān)分子模式，只要能被宿主的模式識別受體識別，最終都會通過相關(guān)信號通路激活下游接頭分子STING，活化后的STING立即發(fā)生構(gòu)象改變，然后通過自噬小體經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體被轉(zhuǎn)運到核外周小體上，該過程同時會導致STING的泛素化，被泛素化的STING可通過募集TANK結(jié)合激酶1 (TANK binding kinase 1，TBK1)，分別激活下游干擾素調(diào)節(jié)因子3(interferon regulatory factors 3，IRF3)和信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子6(signal transduction and activator of transcription 6，STAT6)誘導Ⅰ型干擾素和趨化因子配體(chemokine ligand，CCL)2、CCL20等炎癥因子的表達；另外，STING還可通過調(diào)控核因子κB抑制蛋白激酶(inhibitor of nuclear factor κB kinase，IKK)的活性激活轉(zhuǎn)錄因子核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)，調(diào)控腫瘤壞死因子-α和白細胞介素-6等炎癥因子的表達[7-8]。

環(huán)磷酸鳥苷-腺苷合成酶(cyclic guanosine monophosphate-adenosine monaphosphate synthetase,cGAS)屬于Mab-21(male abnormal 21)家族蛋白，包含保守的Mab-21結(jié)構(gòu)域，作為一個廣譜的胞質(zhì)DNA識別受體，其可以感知細胞質(zhì)中的DNA，并以GTP和ATP為原料催化合成cGAMP，cGAMP作為第二信使可以被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面的接頭分子STING識所別，通過STING-TBK1-IRF3、STING-TBK1-STAT6及STING-IKK-NF-κB等信號級聯(lián)效應誘導下游相關(guān)免疫細胞及炎癥因子的活化與產(chǎn)生，促進宿主的抗感染免疫效應，但同時也會加劇機體的炎癥反應性損傷，甚至導致一些自身免疫性疾病的發(fā)生[9-10]。

2 STING與炎癥性疾病

2.1STING與感染性炎癥 STING蛋白在機體免疫防御中具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，STING基因缺陷小鼠雖然能夠存活，但易感染多種病原微生物，如敲除小鼠胚胎成纖維細胞、巨噬細胞或樹突狀細胞中的STING基因后，分別轉(zhuǎn)染單純皰疹病毒1(herpes simplex virus 1，HSV1)、革蘭陽性李斯特菌以及細菌基因組或質(zhì)粒等均不能有效誘導上述細胞產(chǎn)生Ⅰ型干擾素[9,11]。采用體外短發(fā)夾RNA對人單核巨噬細胞系中的cGAS和STING分別進行干擾后，在cGAS或STING表達受限的情況下，細胞在受到結(jié)核分枝桿菌感染后，Ⅰ型干擾素的表達水平明顯下降，該結(jié)論在cGAS或STING基因缺失突變的小鼠體內(nèi)也得到證實，且結(jié)核分枝桿菌可激活STING相關(guān)自噬過程，通過溶酶體降解途徑清除小鼠體內(nèi)的結(jié)核分枝桿菌；此外，鼠型沙眼衣原體也能激活STING相關(guān)信號通路，誘導小鼠體內(nèi)抗沙眼衣原體免疫反應[12-13]。在慢性乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)感染的小鼠中，cGAS-STING通路可以抑制小鼠肝臟細胞中HBV的復制，活化小鼠肝臟細胞及其周圍浸潤的免疫細胞中的STING蛋白后，小鼠體內(nèi)病毒的復制明顯被抑制，而敲除肝臟相關(guān)細胞的STING蛋白后，小鼠體內(nèi)HBV DNA拷貝數(shù)明顯增加[14]；此外，慢性乙型肝炎患者體內(nèi)STING的表達水平較健康人群低，并與病毒的復制水平呈負相關(guān)[15]。

STING不僅在宿主抗雙鏈DNA的微生物感染中發(fā)揮了重要作用，可能也在抗負鏈或正鏈RNA病毒誘導的機體免疫應答中發(fā)揮重要作用。研究表明，下調(diào)胚胎成纖維細胞中STING蛋白表達小鼠對水皰性口炎病毒、仙臺病毒感染極其敏感[10]。研究顯示，人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)入侵宿主細胞后，機體可通過激活cGAS-STING相關(guān)信號通路，誘導抗HIV免疫效應，從而有效抑制宿主體內(nèi)HIV的復制；但細胞在STING表達受限的情況下加入人工合成的雙鏈RNA類似物聚肌胞苷酸后并不影響該細胞產(chǎn)生Ⅰ型干擾素的能力，且與雙鏈DNA微生物感染相反，RNA病原體不僅沒有明顯地誘導STING依賴的相關(guān)自噬過程，也未明顯激活與其相關(guān)的固有免疫基因的表達[1,16]。因此，STING對RNA病毒復制所發(fā)揮的抗病原體機制可能與抑制DNA病毒復制的機制不同。綜上，STING調(diào)控RNA病毒復制的機制還有待進一步研究，但STING分子有可能在宿主細胞中承擔多種功能，可能包括控制轉(zhuǎn)位子相關(guān)任務，可能會影響病毒蛋白翻譯后修飾。

有研究發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠相比，STING基因缺陷型小鼠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)受HSV1感染時極易引起單純皰疹病毒性腦炎，且缺陷型小鼠極易發(fā)生HSV1靜脈感染，但通過黏膜感染途徑感染的缺陷型和野生型小鼠的存活率并無差異；而在黏膜HSV1感染期間，小鼠體內(nèi)病毒的清除可能并不需要STING的參與，對Ⅰ型干擾素產(chǎn)生的影響也很小[17-18]。由于人STING基因存在較大的異質(zhì)性和種族差異，因此關(guān)于STING在人體病原微生物入侵過程中的作用仍然需要進一步闡明。

2.2STING與非感染性炎癥 心肌梗死時心肌細胞內(nèi)源性物質(zhì)的釋放會激活cGAS-STING信號通路，誘導大量炎癥細胞及炎癥因子產(chǎn)生，加劇心肌細胞壞死，與野生型小鼠相比，缺乏cGAS、STING及IRF3等的心肌梗死小鼠早期存活率顯著提高[19]。STING相關(guān)信號通路在高糖、高脂飲食誘導小鼠心血管組織炎癥中也發(fā)揮了關(guān)鍵作用，在上述模型中，STING基因缺陷型小鼠的體重增加、心血管炎癥性反應、糖耐量降低及胰島素抵抗等得到改善，表明STING也與代謝相關(guān)的炎癥性疾病有關(guān)[20]。

STING通路的激活可能是腎損傷的重要調(diào)控因素。在順鉑誘導的小鼠急性腎損中，順鉑可通過線粒體外膜小管上的Bcl-2樣蛋白4誘導線粒體DNA滲漏到胞質(zhì)中，隨后激活cGAS-STING通路，從而引發(fā)炎癥并加劇小鼠急性腎衰竭，而STING基因缺陷型小鼠這一過程得到改善，且在體外培養(yǎng)的腎小管細胞中，抑制STING蛋白活性可改善順鉑引起的腎小管細胞炎癥反應[21]。在急性胰腺炎小鼠體內(nèi)，STING相關(guān)信號通路可以感知小鼠胰腺瀕死腺泡細胞的DNA，進一步促進炎癥因子的產(chǎn)生，同時巨噬細胞通過高表達STING蛋白，加重小鼠胰腺的炎癥反應[22]。

腸上皮細胞是分隔腸腔與宿主內(nèi)環(huán)境的生理屏障。STING信號通路參與了腸道炎癥反應和腸上皮細胞的免疫反應，通過促進腸上皮細胞凋亡和破壞腸道屏障導致致命性膿毒血癥，且膿毒血癥患者外周血單個核細胞中的STING蛋白的表達水平明顯上升[23]。在小鼠盲腸結(jié)扎穿孔誘導的膿毒血癥中，小鼠腸道STING信號通路被顯著激活，而敲除STING基因小鼠腸道炎癥反應減輕、腸道通透性減弱，細菌移位減少，使用黃酮類血管破壞劑5，6-二甲基氧雜蒽-4-乙酸激活小鼠的STING蛋白發(fā)現(xiàn)，小鼠出現(xiàn)了更明顯的腸道細胞凋亡和更嚴重的全身免疫炎癥反應[24]。

2.3STING與自身免性疾病 通常情況下，自身DNA一方面被嚴格限制在細胞核和線粒體內(nèi)，另一方面體內(nèi)的凋亡小體、細胞質(zhì)基質(zhì)和內(nèi)體等可通過細胞DNA酶(DNase)清除自身畸變的DNA，從而避免自身炎癥反應的發(fā)生，但是如果自身DNA清除障礙會造成STING相關(guān)信號通路的持續(xù)活化，該過程與自身免疫性疾病相關(guān)。有研究表明，在小鼠模型中DNase缺陷或突變與狼瘡樣綜合征密切相關(guān)，且DNaseⅠ缺陷小鼠體內(nèi)會出現(xiàn)未完全酶切的DNA聚集，可導致小鼠胚胎死亡，同時此類小鼠出生后會出現(xiàn)慢性多發(fā)性關(guān)節(jié)炎，這可能由小鼠體內(nèi)未完全酶切的DNA誘發(fā)了高水平的促炎因子所導致，但敲除小鼠體內(nèi)STING基因后未發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象[10,25]。以上研究提示，未完全酶切的DNA可被STING通路識別而誘發(fā)過度的炎癥反應，從而導致小鼠胚胎死亡和慢性多發(fā)性關(guān)節(jié)炎。在HSV-1感染3′-5′核酸外切酶DNaseⅢ缺失的小鼠中，小分子環(huán)肽astin C可特異性抑制cGAS-STING信號通路及胞質(zhì)DNA所誘發(fā)的炎癥反應，顯著降低小鼠自身免疫炎癥反應[10]。此外，3′-5′核酸外切酶DNaseⅢ無法降解經(jīng)紫外線照射而突變的DNA，而這類DNA卻可以激活cGAS-STING通路[10]。

研究發(fā)現(xiàn)，干擾素刺激基因誘導活性水平與系統(tǒng)性紅斑狼瘡疾病活性相關(guān)，敲除小鼠的cGAS基因或STING基因發(fā)現(xiàn)干擾素刺激基因誘導活性明顯降低[26]。Kemp等[27]發(fā)現(xiàn)，皮膚角質(zhì)層細胞經(jīng)紫外線照射后發(fā)生損傷產(chǎn)生的DNA能夠抑制Unc-51樣激酶1的活性，導致STING持續(xù)活化，從而發(fā)生過度的免疫炎癥反應，這可能與紫外線誘發(fā)及加劇系統(tǒng)性紅斑狼瘡病情相關(guān)。Aicardi-Goutières綜合征是一種罕見的可遺傳的神經(jīng)系統(tǒng)性疾病，可導致小腦畸形、智力遲鈍和兒童死亡等。有研究顯示，Aicardi-Goutières綜合征是由參與核酸代謝的某些基因(如3′-5′核酸外切酶DNaseⅢ)突變?nèi)笔?，導致核酸酶活性降低或喪失，核酸在胞漿內(nèi)嚴重堆積，從而被STING和DNA依賴的干擾素調(diào)節(jié)因子等識別感應，促使STING-TBK1-IRF3/NF-κB等信號通路過度活化，最終導致Ⅰ型干擾素水平顯著升高[28]。盡管Ⅰ型干擾素的持續(xù)產(chǎn)生會導致機體過度的炎癥反應發(fā)生，但STING分子可以直接與干擾素誘導蛋白16相互作用，并通過E3泛素蛋白連接酶三結(jié)構(gòu)域蛋白21-蛋白酶體途徑促進干擾素誘導蛋白16降解，負反饋調(diào)控Ⅰ型干擾素生成，避免嚴重炎癥反應發(fā)生[29]。

據(jù)2014年新英格蘭醫(yī)學期刊報道，第5號染色體的STING編碼基因發(fā)生突變致STING過度活化引起STING相關(guān)嬰兒期起病的血管病，以全身炎癥、外周血管炎、皮膚炎和肺部表現(xiàn)為特征，患者表現(xiàn)為干擾素和干擾素誘導因子水平升高，該發(fā)現(xiàn)為STING相關(guān)嬰兒期起病的血管病的治療提供了一個新途徑[30]；后續(xù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，STING相關(guān)嬰兒期起病的血管病患者疾病的嚴重性與STING基因型密切相關(guān)，如HAQ型患者發(fā)病更早、臨床表現(xiàn)更嚴重[31]。

4 結(jié)語與展望

起初STING作為一個免疫炎癥因子而被大量報道，但隨著研究的不斷深入發(fā)現(xiàn)，STING可能是機體抗腫瘤免疫中重要的調(diào)節(jié)靶點之一。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，活化的STING信號通路能抑制骨髓來源的抑制性細胞的產(chǎn)生，從而有效抑制腫瘤的發(fā)展，且STING的表達水平與骨髓來源的抑制性細胞數(shù)量呈負相關(guān)，高表達STING患者的臨床預后更好[32]。STING激動劑5，6-二甲基氧雜蒽-4-乙酸能有效誘導小鼠體內(nèi)抗腫瘤免疫應答；但也有研究發(fā)現(xiàn)，STING可能也促進了小鼠體內(nèi)腫瘤的發(fā)生，人乳頭瘤病毒導致宮頸癌中STING表達上調(diào)，可能STING并不是對所有腫瘤都發(fā)揮抑制效應[33-35]?？傊?，STING及其依賴的信號通路與臨床疾病之間的復雜關(guān)系還需要不斷研究。STING作為信號轉(zhuǎn)導途徑中的一個重要接頭分子，無論其被誘導還是被抑制，都在機體抗感染、炎癥反應及抗腫瘤等方面都發(fā)揮了重要作用，因此免疫接頭分子STING有可能成為臨床上疾病治療的重要靶點之一。