STING信號(hào)通路在腫瘤中的研究進(jìn)展①

陳仕豪 王 雪 周雪冰 張 鑫 任香善 （延邊大學(xué)醫(yī)學(xué)院病理學(xué)教研室腫瘤研究中心，延吉133002）

1 STING的概述

干擾素基因刺激因子（stimulator of interferon genes，STING，也稱MITA、MPYS、ERIS和TMEM173），首次發(fā)現(xiàn)于2008 年，是分子量大小為28 kD 的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)二聚體銜接蛋白，由379個(gè)氨基酸構(gòu)成［1-2］，包括可折疊成4 個(gè)跨膜螺旋的N 末端結(jié)構(gòu)域（N-terminal domain，aa 1~154）、中央球狀結(jié)構(gòu)域（central globular domain，aa 155~341）和胞質(zhì)C末端尾（cytosolic C-terminal tail，aa 342~379）。中央球狀結(jié)構(gòu)域被包含在C末端結(jié)構(gòu)域內(nèi)（C-terminal domain，aa 140~379），STING 蛋白通過位于其N 末端區(qū)域的幾個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域錨定于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)［3-4］。STING 將上游 DNA 傳感器中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至下游的信號(hào)分子TBK1/IRF3和NF-κB，最終誘導(dǎo)Ⅰ型干擾素（typeⅠinterferons，IFNs）和促炎細(xì)胞因子的表達(dá)［5-6］（圖1）。因此，STING 不僅可作為先天免疫系統(tǒng)對(duì)病毒或細(xì)菌感染所產(chǎn)生的IFN起調(diào)節(jié)作用，還參與誘導(dǎo)抗腫瘤免疫應(yīng)答。

圖1 STING的結(jié)構(gòu)和相關(guān)通路示意圖Fig.1 Schematic diagram of STING structure and related pathways

STING 的刺激物已被證明對(duì)于控制抗病毒反應(yīng)及抗腫瘤適應(yīng)性免疫至關(guān)重要，其激動(dòng)劑也被廣泛開發(fā)作為一類新的癌癥治療劑［7-8］。但STING 對(duì)人類腫瘤中的調(diào)控知之甚少，了解STING 途徑在癌細(xì)胞中的功能可能為有效治療腫瘤提供重要的策略。

2 STING在腫瘤中的雙重作用

STING 常表達(dá)在肺、心臟、胸腺、脾臟、卵巢、胎盤和平滑肌等多種組織及各種抗原遞呈細(xì)胞中，但在大腦、骨骼肌、小腸、結(jié)腸、肝臟和腎臟中的表達(dá)較差。The Human Protein Atlas（https：//www. proteinatlas.org）數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)顯示，STING在不同類型腫瘤中均有表達(dá)，但在不同類型和不同階段的腫瘤中表達(dá)程度不同（圖2）。研究顯示，STING 在小鼠胰腺癌模型和人胰腺導(dǎo)管腺癌及舌鱗狀細(xì)胞癌樣本癌細(xì)胞中的表達(dá)顯著增加，而在惡性黑素瘤樣本和人乳頭瘤病毒（HPV）陽性低級(jí)別鱗狀上皮內(nèi)瘤中表達(dá)下調(diào)［9-11］。

圖2 STING 在不同類型腫瘤中的表達(dá)概述（摘自HPA 數(shù)據(jù)庫）Fig.2 Overview of expression of STING in different types of tumors（Extracted from HPA database）

上述研究結(jié)果顯示，STING 作為一個(gè)銜接蛋白在不同細(xì)胞中導(dǎo)致不同的致瘤作用，即使在相同的腫瘤類型中，STING 的作用也因不同的條件而異。一方面，在抗原呈遞細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞中，由cGASSTING 信號(hào)傳導(dǎo)途徑捕獲的腫瘤DNA 是抑制炎癥和Ⅰ型IFN 誘導(dǎo)的CD8+T 細(xì)胞和NKs 活化所必需的；另一方面，STING-Ⅰ型IFN也會(huì)產(chǎn)生下游增殖信號(hào)，如STAT1，可支持腫瘤存活。雖然STING在腫瘤中的各種作用在很多文獻(xiàn)中有所研究，但STING 在不同類型腫瘤中的作用仍缺乏全面、詳細(xì)的綜述。

2.1 STING 對(duì)腫瘤的抑制作用 最近體內(nèi)外研究表明，STING 可抑制腫瘤的發(fā)生，STING 激動(dòng)劑可通過多種機(jī)制抑制動(dòng)物腫瘤的發(fā)展［12］。在實(shí)體瘤內(nèi)注射環(huán)化鳥苷酸-腺苷酸（cyclic guanosine monophosphate-adenosine monophosphate，cGAMP）可激活抗腫瘤T 細(xì)胞反應(yīng)，并通過阻斷PD-1 或CTLA-4 來協(xié)同免疫治療［13］。腫瘤微環(huán)境中CD8+T細(xì)胞浸潤與腫瘤預(yù)后密切相關(guān)［14-15］。實(shí)驗(yàn)證明，在腫瘤細(xì)胞的免疫原性檢測(cè)和腫瘤特異性CD8+T 細(xì)胞活化過程中，Ⅰ型IFN 起橋梁的作用，而腫瘤特異性CD8+T 細(xì)胞啟動(dòng)需要STING 信號(hào)傳導(dǎo)［16-17］。實(shí)驗(yàn)顯示，腫瘤來源的DNA 是激活STING 信號(hào)通路的最有效部分，特別是樹突狀細(xì)胞（dendritic cell，DC）。研究表明，DCs 可通過αXβ2 整合素亞基 CD11c 發(fā)揮積極的靶向作用，通過該受體傳遞的DNA 激活胞質(zhì)cGAS/STING 信號(hào)途徑使 DCs 成熟［18-19］。STING 下游信號(hào)分子IFN通過調(diào)控干擾素刺激基因（interferon stimulated genes，ISGs）的表達(dá)直接或間接抑制腫瘤活性［20］。DENG 等［21］研究顯示，輻射誘導(dǎo)的垂死腫瘤釋放的DNA 特異性地激活DC 中的cGAS-STINGIRF3 信號(hào)通路，誘導(dǎo)Ⅰ型IFN 產(chǎn)生，從而觸發(fā)CD8+T細(xì)胞活化，顯著增強(qiáng)了輻射的抗腫瘤作用。腫瘤來源DNA 在細(xì)胞質(zhì)中積累的機(jī)制雖仍不清楚，但HO等［22］提出內(nèi)切核酸酶MUS81 可促進(jìn)細(xì)胞質(zhì)中DNA的積累。研究發(fā)現(xiàn)，從線粒體或細(xì)胞核中泄漏的DNA 通常被核酸酶如DNaseⅡ和TREX1（DNaseⅢ）降解，STING 的缺乏將會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)中DNA 積累，進(jìn)而引起Ⅰ型IFN 水平增高，導(dǎo)致致命的多器官炎癥和腫瘤的發(fā)展［23-24］。

DNA 腫瘤病毒的致癌基因?qū)TING 信號(hào)通路有抑制作用。例如，病毒癌基因（如HPVE7 蛋白和腺病毒E1A 等）通過與STING 蛋白直接結(jié)合而破壞信號(hào)通路。當(dāng)沉默這些基因時(shí)，這一效應(yīng)則將被逆轉(zhuǎn)，從另一個(gè)角度證明了STING 在腫瘤中的抑制作用［25］。XIA 等［26］研究發(fā)現(xiàn)，STING 功能的喪失使黑色素瘤細(xì)胞即使被單純皰疹病毒1 型（herpes simplex virus type-1，HSV-1）在內(nèi)的DNA 病毒感染也無法產(chǎn)生Ⅰ型IFN 和其他免疫細(xì)胞因子，因此提高STING 的活性可能會(huì)重新激活宿主對(duì)逃逸腫瘤細(xì)胞的抗腫瘤免疫功能。ANDZINSKI 等［27］證實(shí)，不僅抗原呈遞細(xì)胞中的cGAS-STING 信號(hào)途徑參與，腫瘤細(xì)胞中的cGAS-STING 信號(hào)傳導(dǎo)也可推動(dòng)該過程。ZHU 等［28］認(rèn)為，在結(jié)腸癌中 STING 通過控制腸道炎癥的程度來阻止腫瘤的發(fā)展，并且轉(zhuǎn)錄激活因子STAT3 也通過參與STING 信號(hào)傳導(dǎo)來抑制腫瘤的形成。

2.2 STING 對(duì)腫瘤的促進(jìn)作用 如上所述，cGASSTING信號(hào)通路的激活通過介導(dǎo)先天免疫應(yīng)答來上調(diào)IFN 的產(chǎn)生并發(fā)揮抗腫瘤作用。然而，其他研究表明cGAS-STING 信號(hào)通路的激活促進(jìn)腫瘤的發(fā)展。

AHN 等［29］認(rèn)為，cGAS-STING 途徑的長期刺激可能導(dǎo)致炎癥引發(fā)的癌變。如致癌物，7，12-二甲基苯并蒽［7，12-dimethylbenz（a）anthracene，DMBA］可通過STING 的活化誘導(dǎo)小鼠DNA 斷裂從而促進(jìn)皮膚腫瘤發(fā)生。宿主cGAS-STING 途徑在誘導(dǎo)Lewis肺癌的腫瘤生長中也有相似的作用［30］。有研究指出，激活 STING 可促進(jìn)某些類型腫瘤的發(fā)展［31-32］。LIANG 等［10］證實(shí)，在舌鱗狀細(xì)胞癌樣本中，隨著腫瘤的發(fā)展，STING的表達(dá)增加，人乳頭瘤病毒陽性標(biāo)本中可見STING 蛋白的活化，而基因沉默STING 并未影響細(xì)胞活力或凋亡，只是促進(jìn)IL-10、IDO 和CCL22 等幾種免疫抑制細(xì)胞因子的誘導(dǎo)，從而促進(jìn)調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞浸潤，提示STING 可調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境而影響腫瘤的進(jìn)展。Ⅰ型IFN 應(yīng)答能夠作為刺激腫瘤反應(yīng)的關(guān)鍵誘導(dǎo)劑，且其上游的環(huán)狀鳥苷-磷酸（guanosine monophosphate，GMP）-腺苷-磷酸（adenosine monophosphate，AMP）合成酶（cyclic GMPAMP synthase，cGAS）和 STING 也可在特定階段對(duì)腫瘤起調(diào)控作用。研究證明，在腫瘤微環(huán)境中，STING可通過激活I(lǐng)FN/STAT1信號(hào)通路提高腫瘤細(xì)胞的存活率，在腫瘤免疫逃逸中起重要作用［30］。GASTON 等［33］研究表明，人乳腺癌中 IFN/STAT1 信號(hào)通路的激活導(dǎo)致對(duì)化療的不敏感，而STING 是乳腺癌細(xì)胞系MCF-7 中Ⅰ型IFN/STAT1（signal transduction and activator of transcription 1，STAT1）信號(hào)傳導(dǎo)活化所必需的因子，抑制MCF-7 中的STING 可減少細(xì)胞活力。

綜上所述，cGAS-STING 信號(hào)通路可表現(xiàn)出細(xì)胞和背景相關(guān)的抗腫瘤和致瘤作用。盡管導(dǎo)致癌細(xì)胞中該通路失調(diào)的潛在機(jī)制尚未明確，但這種改變可能促進(jìn)腫瘤微環(huán)境中的免疫抑制，從而導(dǎo)致腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移。因此，在將cGAS-STING 途徑作為治療方法進(jìn)行靶向之前，必須明確并更好地表征其在不同癌癥中的雙重作用。

3 STING對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移的作用

目前很多研究揭示了STING 在腫瘤遷移和侵襲中的作用，但其作用是促進(jìn)或抑制，說法不一。JIN 等［34］研究顯示，STING 參與了趨化因子受體-2依賴的單核細(xì)胞遷移調(diào)控，在李斯特菌感染的STING缺陷小鼠血液中單核細(xì)胞趨化蛋白-1（monocyte chemotactic protein，MCP-1）和 MCP-3 的生成減少，單核細(xì)胞水平降低，證明STING 可能在誘導(dǎo)免疫細(xì)胞遷移中起重要作用。STING 在乳腺癌細(xì)胞系MCF-7 中表達(dá)下調(diào)，而上調(diào)STING 表達(dá)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞遷移減少，表明STING 可抑制乳腺癌的遷移和侵襲。 BHATELIA 等［35］和 TORRES 等［36］研 究 表 明 ，STING 上調(diào)乳腺癌細(xì)胞 NF-κB 水平，導(dǎo)致 caspase-8激活，從而對(duì)細(xì)胞的遷移能力有負(fù)調(diào)控作用。SONG 等［37］研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，幽門螺桿菌感染導(dǎo)致的胃癌組織中的STING 蛋白表達(dá)明顯減少，且與腫瘤浸潤及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，而STING 基因的沉默會(huì)導(dǎo)致胃癌細(xì)胞遷移和侵襲能力增強(qiáng)。最近的研究同樣顯示，cGAMP 介導(dǎo)的STING/STAT3 依賴性抗腫瘤免疫下調(diào)多種細(xì)胞因子進(jìn)而抑制結(jié)腸癌細(xì)胞增殖、遷移、侵襲和血管生成［38］。HAGERLING等［39］研究發(fā)現(xiàn)，原發(fā)性乳腺癌系統(tǒng)性地將產(chǎn)生IFN-γ的免疫效應(yīng)單核細(xì)胞募集到肺中。IFN-γ 上調(diào)嗜中性粒細(xì)胞的Tmem173/STING 并增強(qiáng)其殺傷能力。免疫效應(yīng)單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞殺傷向肺中已擴(kuò)散的腫瘤細(xì)胞，從而防止轉(zhuǎn)移性生長。

研究表明，cGAS-STING 途徑可通過細(xì)胞自主和非自主方式促進(jìn)腦轉(zhuǎn)移。星形膠質(zhì)細(xì)胞中STING的激活介導(dǎo)了乳腺癌和肺癌細(xì)胞的腦轉(zhuǎn)移。有趣的是，cGAMP 在癌細(xì)胞中產(chǎn)生，腦轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞利用癌細(xì)胞-星形膠質(zhì)細(xì)胞間縫隙連接的網(wǎng)絡(luò)通道將第二信使cGAMP轉(zhuǎn)移至星形膠質(zhì)細(xì)胞，并激活星形膠質(zhì)細(xì)胞中的STING。STING 激活后會(huì)產(chǎn)生IFN-α 和TNF 等炎癥細(xì)胞因子，進(jìn)而激活癌細(xì)胞中的STAT1和NF-κB 通路。這些旁分泌作用支持癌細(xì)胞的生長并賦予轉(zhuǎn)移性腦細(xì)胞化學(xué)抗性［40-41］。cGAS-STING激活還以細(xì)胞自主方式介導(dǎo)轉(zhuǎn)移。在細(xì)胞分裂過程中，由于染色體的錯(cuò)誤分離導(dǎo)致的染色體不穩(wěn)定（CIN）與人腦細(xì)胞轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。在轉(zhuǎn)移模型中，CIN 促進(jìn)微核形成并激活cGAS-STING 途徑，從而誘導(dǎo)非典型的NF-κB 信號(hào)傳導(dǎo)，但不誘導(dǎo)Ⅰ型IFN 信號(hào)。CIN 驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)移取決于 STING 和 NF-κB 信號(hào)傳導(dǎo)，并與誘導(dǎo)相關(guān)上皮到間質(zhì)轉(zhuǎn)化和炎癥相關(guān)基因的研究［42］。以上研究結(jié)果表明，STING 在腫瘤遷移和轉(zhuǎn)移中的功能可能依賴于腫瘤細(xì)胞類型而不同，但其具體機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。

4 STING的應(yīng)用前景

利用患者自身的免疫細(xì)胞作為抗癌武器，在腫瘤微環(huán)境內(nèi)恢復(fù)免疫功能顯然是極具吸引力的研究，自發(fā)現(xiàn)STING 作為先天免疫中病原體的重要傳感器以來，其已成為免疫傳感和控制腫瘤生長的中心途徑，通過腫瘤DNA 的激活，導(dǎo)致T 細(xì)胞啟動(dòng)和浸潤，進(jìn)而起到抗腫瘤作用［43］。盡管cGAS-STING途徑被認(rèn)為參與宿主免疫介導(dǎo)的腫瘤控制，但尚不清楚腫瘤來源的DNA 如何傳遞至抗原呈遞細(xì)胞，以及DNA 如何從細(xì)胞核泄漏到細(xì)胞質(zhì)中以激活cGAS-STING 途徑。更好地了解cGAS-STING 途徑如何介導(dǎo)抗腫瘤作用將有助于STING 激動(dòng)劑在癌癥治療中的應(yīng)用。

CHANDRA 等［44］的研究提出，STING 的配體二鳥苷酸［bis-（3'-5'）-cyclic dimeric guanosine monophosphate，c-di-GMP］在乳腺癌轉(zhuǎn)移動(dòng)物模型 4T1 小鼠內(nèi)具有靶向髓樣抑制細(xì)胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSC）和腫瘤細(xì)胞的作用。低劑量的c-di-GMP 顯著增加了MDSC 產(chǎn)生的IL-12含量，而高劑量組c-di-GMP（范圍0.3~3 mmol/L）在腫瘤細(xì)胞中激活caspase-3并直接殺死腫瘤細(xì)胞。2018年，葛蘭素史克公司首次合成了強(qiáng)效STING 小分子激動(dòng)劑［45］，而 2019 年 AGER 等［46］也發(fā)現(xiàn)了兩種高效STING 激動(dòng)劑 IACS-8803 和 IACS-8779，二者在體外激活STING 通路，并在B16 小鼠黑色素瘤模型中表現(xiàn)出了極好的抗腫瘤效應(yīng)。WU 等［47］研究顯示，受體酪氨酸激酶HER2 有效抑制cGAS-STING 信號(hào)傳導(dǎo)并防止癌細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子，從而減少細(xì)胞衰老和凋亡。HER2 與 STING 緊密結(jié)合，并募集 AKT1 后直接磷酸化TBK1，從而阻止TBK1-STING 結(jié)合和TBK1 K63連接的泛素化，減弱STING 信號(hào)傳導(dǎo)。而DNA 感應(yīng)會(huì)強(qiáng)烈激活HER2-AKT1 軸，導(dǎo)致負(fù)反饋。因此，HER2-AKT1級(jí)聯(lián)的遺傳或藥理學(xué)靶向作用可增強(qiáng)損傷誘導(dǎo)的細(xì)胞衰老和凋亡，提高STING 介導(dǎo)的抗病毒和抗腫瘤免疫力。中國藥科大學(xué)王琛教授團(tuán)隊(duì)最新發(fā)現(xiàn)了從菊科植物紫菀中分離出的小分子環(huán)肽astin C 可特異性抑制cGAS-STING 信號(hào)通路及胞質(zhì)DNA所誘發(fā)的炎癥應(yīng)答［48］。

目前雖有大量關(guān)于STING 的研究報(bào)道，但仍有很多問題需要解決。首先，目前STING 的很多研究都是在小鼠模型上展開的，但鼠源STING 和人源STING 有差異，鼠源STING 的激動(dòng)劑如黃酮類化合物 DMXAA 對(duì)人源 STING 并沒有激活作用［49］。其次，對(duì)于可能與癌癥相關(guān)的STING 通路的負(fù)性和正性調(diào)節(jié)因子知之甚少，更好地理解STING 的調(diào)控機(jī)制可能會(huì)幫助解決這些尚未解決的問題［50］。最后，STING 激動(dòng)劑與DNA 損傷劑聯(lián)合使用還有待進(jìn)一步驗(yàn)證，因?yàn)槟壳吧胁磺宄[瘤細(xì)胞對(duì)STING 信號(hào)通路激活引起的基因毒性應(yīng)激的抗藥性是否增加。

綜上，STING 介導(dǎo)的信號(hào)通路在不同類型腫瘤和不同階段腫瘤中起不同作用。作為固有免疫的重要分子，STING 成為研究人員利用免疫系統(tǒng)對(duì)抗腫瘤的重要切入點(diǎn)。鑒于STING 在腫瘤免疫、癌癥及自身免疫性疾病治療的潛在應(yīng)用前景，我們將拭目以待更有效的STING小分子調(diào)節(jié)劑的誕生。