STING通路在急性胰腺炎中的研究進(jìn)展

李雪鵬，朱楚月，蔣波，張智樺，劉蘇來

[1.湖南師范大學(xué)附屬第一醫(yī)院(湖南省人民醫(yī)院) 肝膽外科，湖南省衛(wèi)生健康委員會(huì)膽道疾病研究中心，湖南省膽道疾病防治臨床醫(yī)療技術(shù)研究中心，湖南師范大學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 長(zhǎng)沙 410002；2.澧縣中醫(yī)醫(yī)院 脾胃肝病科，常德 415500]

急性胰腺炎(acute pancreatitis，AP)是由多種因素引起的胰酶異常激活而導(dǎo)致的嚴(yán)重炎癥和腺泡細(xì)胞死亡[1]。其中20%的AP能進(jìn)展為急性重癥胰腺炎(severe acute pancreatitis，SAP)，易出現(xiàn)多種嚴(yán)重的并發(fā)癥和全身多器官功能損害，其病情危重、治療困難，病死率高達(dá)15%～30%[2-3]。AP至今尚無特效治療方法[4]。大量研究發(fā)現(xiàn)，胰腺腺泡細(xì)胞內(nèi)胰酶的激活主要是通過鈣離子信號(hào)通路異常、早期NF-κB的激活、溶酶體-自噬系統(tǒng)的紊亂等因素引發(fā)的[5]。而胰酶激活所產(chǎn)生的局部炎癥反應(yīng)會(huì)隨時(shí)間的推移遞減。但持續(xù)的炎癥刺激可能是AP發(fā)生并發(fā)癥的罪魁禍?zhǔn)住＝鼇泶罅縿?dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，AP的炎癥反應(yīng)在發(fā)病機(jī)制中起至關(guān)重要的作用，并且是該病嚴(yán)重程度的決定性因素[6]。隨著AP相關(guān)免疫炎癥發(fā)病機(jī)制研究的深入，研究者們開始將目光鎖定于與該病免疫炎癥機(jī)制相關(guān)的一些信號(hào)通路。本文就IFN基因激活蛋白( stimulator of interferon genes，STING)信號(hào)通路與AP免疫炎癥之間的關(guān)系作一綜述。

1 STING概述

1.1 細(xì)胞DNA的識(shí)別STING含398個(gè)氨基酸，是胞質(zhì)DNA誘導(dǎo)天然免疫反應(yīng)中重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白。STING以二聚體的形式廣泛存在各類細(xì)胞中，定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和線粒體外膜上[7]，處于抑制失活狀態(tài)。STING自身不能直接識(shí)別DNA，需要DNA識(shí)別受體介導(dǎo)。已發(fā)現(xiàn)的DNA受體包括TLR9、IFN誘導(dǎo)蛋白16(IFN-inducible protein 16，IFI16)、黑素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2，AIM2)、DNA依賴性蛋白激酶(DNA-dependent protein kinase，DNA-PK)等[8]。其中環(huán)磷酸鳥苷-腺苷酸合成酶(cyclic guanosine monophosphate-adenosine monophosphate synthase，cGAS)是一個(gè)廣譜的胞質(zhì)DNA識(shí)別受體，屬于核苷酸轉(zhuǎn)移酶家族成員。Wu等[9]研究發(fā)現(xiàn)，cGAS由一段未知的鼠源基因E330026A19編碼，能夠識(shí)別胞質(zhì)dsDNA并與之結(jié)合，cGAS二聚體經(jīng)構(gòu)象變化，形成一種 cGAS 和 dsDNA 二者比例為2∶2 的復(fù)合體，催化三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)和三磷酸鳥苷(guanosine triphosphate，GTP)，催化鳥嘌呤核糖核苷酸和一磷酸腺苷，最終產(chǎn)生環(huán)鳥甘酸-腺苷酸(cyclin guanosine monophosphate-adenine monophosphate，cGAMP)[10-11]。cGAMP常在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮第二信使的功能，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上與STING 結(jié)合后可活化STING[12]，從而誘導(dǎo)Ⅰ型IFN及其他細(xì)胞因子的產(chǎn)生。

1.2 STING的激活與修飾病原體感染、腫瘤DNA和自身DNA損傷是誘發(fā)cGAS-STING 信號(hào)激活的3個(gè)重要因素[13]。STING可作為DNA感受器，能直接識(shí)別環(huán)狀二核苷酸，如哺乳動(dòng)物的2'3'-cGAMP，從而激活Ⅰ型IFN信號(hào)通路[14]。STING常以二聚體的形式存在，其C端是一個(gè)球狀解旋酶結(jié)構(gòu)域，位于細(xì)胞質(zhì)中；N端含有多個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域，將STING錨定在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上[15]。當(dāng)在靜息狀態(tài)下時(shí)，STING在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和線粒體外膜上，C端游離于細(xì)胞質(zhì)中，呈蝴蝶狀二聚體的形式，使STING處于抑制狀態(tài)。當(dāng)與2'3'-cGAMP結(jié)合后，STING發(fā)生構(gòu)象變化?；罨蟮腟TING迅速?gòu)膬?nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)至核周。STING作為平臺(tái)，進(jìn)一步招募TANK結(jié)合激酶1(TANK-binding kinase 1，TBK1)和IFN調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子3 (interferon regulatory factor 3，IRF3)[16]。TBK1可以催化STING 366位的絲氨酸發(fā)生磷酸化修飾，進(jìn)一步使IRF3磷酸化并上調(diào)Ⅰ型IFN的表達(dá)[17-18]。而類Unc-51自噬激活激酶1信號(hào)通路可以對(duì)STING進(jìn)行磷酸化修飾，促使STING蛋白降解。視黃酸誘導(dǎo)基因蛋白Ⅰ(retinoic acid-inducible gene Ⅰ，IRIG-Ⅰ)和IL-6對(duì)STING也表現(xiàn)出負(fù)調(diào)節(jié)狀態(tài)[19-20]。

與此同時(shí)，STING也受泛素化修飾的調(diào)控。泛素含7個(gè)賴氨酸位點(diǎn)：K6、K11、K27、K29、K33、K48和K63。目前，對(duì)STING研究主要聚焦于K48和K63，而由K48介導(dǎo)對(duì)STING進(jìn)行泛素化修飾的E3泛素化連接酶包括環(huán)狀蛋白5(ring finger 5，RNF5)、重基序蛋白(tripartite motif protein，TRIM)30a、TRMI29。E3連接酶RNF5與STING的賴氨酸150位點(diǎn)發(fā)生泛素化修飾，修飾后的STING蛋白酶體依賴的降解，從而抑制IRF3的活化和INF-β的產(chǎn)生[ 21]。但該過程可被RNF26抑制。E3連接酶TRIM30a通過K48介導(dǎo)STING泛素化修飾，抑制其下游信號(hào)通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)[22]。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的E3泛素鏈復(fù)合體自分泌運(yùn)動(dòng)因子受體(autocrine motility factor receptor，AMFR)和胰島素誘導(dǎo)的基因1，促進(jìn)了K27介導(dǎo)的STING多聚泛素化，從而招募TBK1形成STING-TBK1復(fù)合體及下游信號(hào)通路的激活[23]。另外，TRIM29與STING的賴氨酸370位點(diǎn)發(fā)生泛素化修飾，促進(jìn)其蛋白酶體依賴的降解，從而抑制IFN的產(chǎn)生。然而，E3連接酶TRIM32利用其N端的環(huán)形結(jié)構(gòu)域通過K63介導(dǎo)途徑在STING的賴氨酸20/150/224/236位點(diǎn)發(fā)揮多聚泛素化，則促進(jìn)IFN的表達(dá)[24]。同一位點(diǎn)不同泛素化連接酶修飾則表現(xiàn)出不同生理功能，其中的具體機(jī)制尚不明確。

2 STING與炎癥反應(yīng)

STING在炎癥反應(yīng)中至關(guān)重要，越來越多的研究提供了有力的證據(jù)。STING可激活其下游相關(guān)分子包括NF-κB、IRF3和STAT活化，這導(dǎo)致了Ⅰ型IFN和促炎因子的產(chǎn)生以及巨噬細(xì)胞極化[25-26]。DNA(deoxyribonuclease，DNase)Ⅱ是一種溶酶體核酸內(nèi)切酶，可以降解來源于凋亡細(xì)胞自體DNA以及發(fā)育中的紅細(xì)胞排出的細(xì)胞核，DNaseⅡ缺失小鼠的胎兒組織如胸腺、腎臟、脾臟和肝臟的巨噬細(xì)胞中積累了大量的未消化的DNA片段，未降解的DNA會(huì)刺激產(chǎn)生Ⅰ型IFN，由于Ⅰ型IFN過度積累而導(dǎo)致胚胎致死[27]。但DNaseⅡ和STING雙缺失的小鼠可以存活[28]。研究者們發(fā)現(xiàn)，受dsDNA激活的STING定位于核周核內(nèi)體，進(jìn)而引發(fā)的2條主要炎性通路的激活：TBK1依賴于腫瘤壞死相關(guān)因子6(tumor necrosis factor receptor associated factor 6，TRAF6)促進(jìn)了NF-κB的激活和TBK1介導(dǎo)IRF3依懶性Ⅰ型IFN基因表達(dá)[29]。這會(huì)促進(jìn)包括IL-1α/β、IL-12、IL-6和TNF-α等在內(nèi)的促炎因子的持續(xù)釋放，從而引起過度的炎癥和組織損傷[30-31]。Yu等[32]用蛋氨酸和膽堿缺乏飲食及高脂飲食誘導(dǎo)小鼠非酒精性脂肪性肝炎，發(fā)現(xiàn)STING可促進(jìn)Kupffer細(xì)胞中NF-κB的活化以及TNF-α和IL-6的表達(dá)上調(diào)而參與肝脂肪變性、纖維化和炎癥。同樣，Abdullah等[33]在C57BL/6J野生型和STING-/-小鼠顱腦外傷后神經(jīng)炎癥模型中也證實(shí)，STING的缺如導(dǎo)致Ⅰ型IFN產(chǎn)生減少，促炎因子(TNF-α、IL-6和IL-Iβ)表達(dá)降低。

3 AP與炎癥的反應(yīng)

AP是臨床上比較常見的急腹癥之一，炎癥早期胰腺腺泡細(xì)胞在受到有害因素刺激下，也可激發(fā)炎性因子的釋放及趨化因子的產(chǎn)生，起到早期招募和活化免疫細(xì)胞的作用。胰腺及胰周的中性粒細(xì)胞及巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)是AP早期炎癥反應(yīng)的特征，中性粒細(xì)胞可以促進(jìn)胰蛋白酶原的激活，同時(shí)也是組織壞死級(jí)聯(lián)反應(yīng)的起始因子。中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞在炎癥和刺激修復(fù)中保持著平衡狀態(tài)，但中性粒細(xì)胞過度激活，損傷了血管內(nèi)皮細(xì)胞及血管周圍組織，促進(jìn)了炎性介質(zhì)釋放。巨噬細(xì)胞是AP病理過程中的主要炎癥細(xì)胞，可釋放大量的炎性介質(zhì)和細(xì)胞因子，從而觸發(fā)炎性介質(zhì)瀑布樣級(jí)聯(lián)反應(yīng)，造成胰腺組織局部炎癥及全身炎癥[5]。

AP由多細(xì)胞因子、多免疫細(xì)胞共同參與，發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，炎癥反應(yīng)是AP發(fā)生的重要事件。損傷的胰腺細(xì)胞分泌諸多促炎因子，如IL-1β和TNF-α以及各種趨化因子。隨后引起中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞分泌大量促炎因子。如IL-6可加重AP嚴(yán)重程度，可作為AP的早期診斷指標(biāo)[34-35]。賴?yán)さ萚36]研究發(fā)現(xiàn)，通過上調(diào)Glil信號(hào)，降低AP反應(yīng)中IL-6的表達(dá)，從而減輕炎癥反應(yīng)。IL-1β通過介導(dǎo)中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)到炎癥部位，形成炎癥“瀑布效應(yīng)”。Jakkampudi等[37]研究發(fā)現(xiàn)，IL-1β可能通過降低腸道屏障作用從而引起細(xì)菌易位。并有研究發(fā)現(xiàn)，IL-1β還可誘導(dǎo)胰蛋白酶活化，同時(shí)減少胰腺腺泡細(xì)胞的活力。IFN-α是促進(jìn)炎性巨噬細(xì)胞進(jìn)入胰腺，引起腺泡細(xì)胞壞死的重要因素[38]。除此以外，TNF-α對(duì)胰腺腺泡細(xì)胞的刺激可引起胰蛋白酶的直接活化，同時(shí)，TNF-α能激活炎癥部位多種炎性介質(zhì)的釋放，促進(jìn)白細(xì)胞的聚集和白細(xì)胞黏附，使毛細(xì)血管通透性增加、血漿外滲，導(dǎo)致胰腺微循環(huán)障礙[39]。

4 STING與AP的關(guān)系

胰腺腺泡細(xì)胞是胰腺炎的重要靶細(xì)胞，腺泡細(xì)胞壞死釋放損傷相關(guān)分子誘導(dǎo)激活免疫系統(tǒng)，并引發(fā)炎癥爆發(fā)，在AP的發(fā)展和進(jìn)程中起關(guān)鍵作用。據(jù)報(bào)道，受損的DNA也是一種重要的損傷相關(guān)分子。釋放的DNA是DC和巨噬細(xì)胞的先天免疫系統(tǒng)的有效激活劑[39]。血液循環(huán)中的DNA物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等自身免疫性疾病[40]并與AP的嚴(yán)重程度有關(guān)[41]。此外，TLR9可以識(shí)別自身DNA產(chǎn)生IL-1β，進(jìn)一步激活NOD受體蛋白3炎癥小體并促進(jìn)AP的炎癥反應(yīng)[42]。然而，有關(guān)STING在胰腺腺泡細(xì)胞中的生理作用知之甚少。STING在AP的發(fā)病過程中的機(jī)制作用首次在Zhao等[43]的一項(xiàng)研究中被提及，研究者將野生型小鼠、STING-/-小鼠、注射STING激動(dòng)劑小鼠誘導(dǎo)AP模型。結(jié)果顯示，STING及其下游分子在小鼠AP中表達(dá)增加，而在STING-/-小鼠中總白細(xì)胞和中性粒細(xì)胞滲透到胰腺周的數(shù)量減少，促炎因子TNF-α和IFN-β降低。發(fā)現(xiàn)使用STING激動(dòng)劑的小鼠AP病情加重(胰腺水腫程度、炎癥細(xì)胞浸潤(rùn))。隨后，研究者還進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)將小鼠骨髓互換誘導(dǎo)AP過程中，結(jié)果顯示，接受STING-/-小鼠骨髓的胰腺中TNF-α和IFN-β降低。因此研究者提出，AP發(fā)生時(shí)STING信號(hào)通路的活化可能參與了免疫炎癥反應(yīng)的激活，促進(jìn)炎癥的發(fā)展。

5 結(jié)語

AP的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜多樣，各種致病因素導(dǎo)致胰酶原過早激活是AP的初始事件；壞死物質(zhì)激活免疫系統(tǒng)、釋放炎性介質(zhì)是AP病情嚴(yán)重程度的關(guān)鍵因素。目前，胰腺炎炎性介質(zhì)學(xué)說的研究越來越成為熱點(diǎn)，而STING作為細(xì)胞質(zhì)中游離DNA識(shí)別并激活的下游通路，對(duì)于控制Ⅰ型IFN和促炎因子轉(zhuǎn)錄至關(guān)重要。隨著分子水平的研究深入，人們對(duì)遺傳毒性應(yīng)激和基因組不穩(wěn)定性如何調(diào)節(jié)DNA損傷修復(fù)，細(xì)胞周期檢查點(diǎn)和程序性細(xì)胞死亡有了很好的了解，但直到最近，DNA損傷導(dǎo)致炎癥和自身免疫性疾病的機(jī)制仍未得到很好的了解。因此，如果能明確cGAS/STING信號(hào)通路參與AP的發(fā)病機(jī)制，則可以通過阻斷cGAS-STING信號(hào)通路對(duì)AP患者進(jìn)行治療或延緩其病情發(fā)展。

綜上所述，STING的研究開創(chuàng)了AP研究領(lǐng)域的新局面。目前，STING信號(hào)通路與AP關(guān)系的研究尚處于起始階段。因此，通過深入探討STING信號(hào)通路的干預(yù)措施及相關(guān)分子機(jī)制，可能為臨床AP的防治提供新的策略和理論基礎(chǔ)。