STING信號(hào)通路參與NAFLD的研究進(jìn)展

吳錦婷,賀博武,曹婕露,嚴(yán)峻彬,陳芝蕓

吳錦婷,賀博武,曹婕露,嚴(yán)峻彬,陳芝蕓,浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院 浙江省杭州市 310006

0 引言

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)是一種與胰島素抵抗(insulin resistance,IR)和遺傳易感密切相關(guān)的代謝應(yīng)激性肝臟損傷,其疾病譜包括非酒精性單純性脂肪肝(non-alcoholic simple fatty liver,NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis,NASH)及其相關(guān)肝硬化和肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC).它不僅是代謝綜合征的主要肝臟表現(xiàn),還影響著肝外器官和調(diào)節(jié)途徑[1].近年來,NAFLD在世界范圍內(nèi)的發(fā)病率迅速上升,已成為慢性肝病最常見的病因之一[2],嚴(yán)重威脅人類健康,已成為一個(gè)重大的公共衛(wèi)生問題.

NAFLD發(fā)生發(fā)展的潛在機(jī)制是復(fù)雜的、多因素的,研究發(fā)現(xiàn)免疫機(jī)制在其發(fā)生發(fā)展中起著關(guān)鍵作用.干擾素基因刺激因子(stimulator of interferon genes,STING)作為機(jī)體免疫系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵性接頭蛋白,起初主要注重其相關(guān)信號(hào)通路在細(xì)菌病毒等感染性疾病中的作用.近些年發(fā)現(xiàn)該信號(hào)通路也可參與NAFLD的發(fā)生和發(fā)展,并在其中發(fā)揮了重要作用.本文結(jié)合相關(guān)報(bào)道和最新文獻(xiàn),對(duì)STING信號(hào)通路在NAFLD中的研究進(jìn)展做一綜述,以期為進(jìn)一步的深入研究和藥物開發(fā)等提供參考.

1 NAFLD與免疫

多年來,人們一直認(rèn)識(shí)到生物的新陳代謝和免疫之間有很強(qiáng)的聯(lián)系.不僅在免疫細(xì)胞中,在代謝細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)了明顯的免疫信號(hào)及相關(guān)信號(hào)通路.肝臟是人體最大的代謝器官.它不僅維持糖和脂肪的體內(nèi)平衡,還參與免疫調(diào)節(jié)(先天免疫、獲得性免疫和免疫耐受),所以肝臟也被認(rèn)為是一個(gè)免疫器官.

肝臟免疫耐受和有效免疫反應(yīng)之間的平衡對(duì)組織的正常功能和體內(nèi)平衡至關(guān)重要.在NAFLD中,肝臟中出現(xiàn)不適當(dāng)?shù)拿庖叻磻?yīng)或炎癥持續(xù)的情況,使這種平衡被打破,進(jìn)而觀察到NAFLD/NASH的肝臟病理[3].肝臟非實(shí)質(zhì)細(xì)胞在NAFLD的進(jìn)展中起關(guān)鍵作用.它受到脂質(zhì)抗原、脂肪因子等因素的刺激,分泌的免疫因子可改變SREBP-1c、ChREBP、PPARγ等關(guān)鍵蛋白的表達(dá),調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝,從而影響NAFLD的病理過程;某些ncRNAs(包括miRNAs和lncRNAs)也可以通過改變體內(nèi)脂肪穩(wěn)態(tài)來參與NAFLD的病理過程[4].炎癥被認(rèn)為在促進(jìn)單純性脂肪肝發(fā)展為更嚴(yán)重的肝損傷(如脂肪性肝炎、肝硬化和HCC)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用.免疫機(jī)制也主要在NASH的進(jìn)展中起著關(guān)鍵作用.多種類型的先天(自然殺傷細(xì)胞,自然殺傷T細(xì)胞,和Kupffer細(xì)胞/巨噬細(xì)胞)和適應(yīng)性(T細(xì)胞和B細(xì)胞)免疫細(xì)胞在肝臟內(nèi)富集并參與了脂肪肝疾病的炎癥反應(yīng)[5,6].近幾十年的實(shí)驗(yàn)和臨床數(shù)據(jù)表明,不同的肝先天免疫細(xì)胞和適應(yīng)性免疫細(xì)胞對(duì)NAFLD/NASH的作用也并不一致.一般來說,CD8+T細(xì)胞、M1巨噬細(xì)胞、B細(xì)胞、1型NKT細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和NK細(xì)胞分泌的促炎細(xì)胞因子和趨化因子,會(huì)導(dǎo)致ALD和NAFLD/NASH的發(fā)展.相反,M2型巨噬細(xì)胞、2型NKT細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞似乎與肝損傷保護(hù)有關(guān)[5].

2 STING信號(hào)通路

干擾素基因刺激因子(STING,又稱為TMEM173、ERIS、MITA或MPYS),在免疫調(diào)節(jié)相關(guān)的細(xì)胞和組織中高度表達(dá),是STING相關(guān)信號(hào)通路中的中樞免疫分子,也是Ⅰ型干擾素(interferon,IFN)產(chǎn)生和先天免疫系統(tǒng)的主要調(diào)節(jié)因子.在正常的真核細(xì)胞中,DNA從細(xì)胞質(zhì)中被嚴(yán)格包裝和分離,以避免自身炎癥.然而,由于某些原因?qū)е虏≡葱訢NA、自身DNA在細(xì)胞質(zhì)中被異常定位.這些外源雙鏈DNA(double-stranded DNA,dsDNA)存在于胞質(zhì)中,對(duì)先天免疫系統(tǒng)是一種危險(xiǎn)信號(hào),可被環(huán)鳥苷單磷酸(guanosine monophosphate,GMP)-腺苷單磷酸(adenosine monophosphate,AMP)合成酶(cyclic GMPAMP synthase,cGAS)及時(shí)感知和檢測.隨后dsDNA與cGAS結(jié)合導(dǎo)致cGAS的激活,并由鳥苷三磷酸(guanosine triphosphate,GTP)和腺苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)催化合成2,3-環(huán)GMP-AMP(cyclic GMP-AMP,cGAMP),cGAMP高效結(jié)合并激活STING.然后激活的STING從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum,ER)轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基復(fù)合體,在那里它招募TANK結(jié)合激酶1(TANK binding kinase 1,TBK1)和IκB激酶(IκB kinase,IKK),并將它們遷移到細(xì)胞的核周區(qū)域.隨后,這些激酶磷酸化并激活干擾素調(diào)節(jié)因子3 (interferon regulatory factor 3,IRF3)、干擾素調(diào)節(jié)因子7(interferon regulatory factor 7,IRF7)、核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)等轉(zhuǎn)錄因子.激活的IRF3/7和NF-κB等途徑刺激觸發(fā)Ⅰ型IFN和許多其他促炎細(xì)胞因子等的產(chǎn)生,從而觸發(fā)先天性免疫反應(yīng)和適應(yīng)性免疫以維持體內(nèi)平衡[7-9].

上述是STING的典型激活通路.最近也有研究發(fā)現(xiàn)STING的激活可以不依賴于cGAS和cGAMP的產(chǎn)生.Dunphy等[10]研究發(fā)現(xiàn)角質(zhì)形成細(xì)胞和其他人類細(xì)胞在依托泊苷誘導(dǎo)的DNA損傷數(shù)小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生先天免疫反應(yīng),這涉及到DNA傳感適配器STING,但獨(dú)立于胞質(zhì)DNA受體cGAS.這種非典型的STING激活是由DNA結(jié)合蛋白IFI16、DNA損傷反應(yīng)因子ATM和PARP-1介導(dǎo)的,導(dǎo)致了一個(gè)替代的STING信號(hào)復(fù)合物的形成,其中包括腫瘤抑制因子p53和E3泛素連接酶TRAF6.TRAF6催化STING上k63連接的泛素鏈的形成,導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的激活,并誘導(dǎo)一個(gè)替代的STING依賴的基因表達(dá)程序.

STING信號(hào)通路在機(jī)體免疫中起著重要作用.它不僅在對(duì)抗各種DNA病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒和細(xì)菌等病原體的免疫防御以及內(nèi)在抗腫瘤免疫反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用,而且在許多涉及炎癥的常見病中發(fā)揮作用,如心血管疾病、炎癥性腸病、糖尿病、纖維化等[11].

3 STING信號(hào)通路與NAFLD

STING信號(hào)通路能介導(dǎo)免疫細(xì)胞中的Ⅰ型干擾素(IFNs)炎癥反應(yīng),以防御病毒和細(xì)菌等病原體感染.最新的研究表明[12],該通路也可被異常定位于細(xì)胞質(zhì)中的宿主DNA激活,導(dǎo)致無菌性炎癥、IR和NAFLD等的發(fā)生發(fā)展.NAFLD以肝臟脂肪變性為特征,也是一種涉及炎癥的代謝性疾病,可發(fā)展為NASH.許多證據(jù)表明機(jī)體的免疫應(yīng)答有助于NAFLD的進(jìn)展,然而,其促進(jìn)NALFD的潛在機(jī)制仍不十分清楚.近些年的研究發(fā)現(xiàn)STING免疫信號(hào)通路與NAFLD的發(fā)生發(fā)展有密切關(guān)系.

3.1 STING信號(hào)通路與NAFLD和/或NASH Wang等[13]發(fā)現(xiàn)NASH患者的肝臟中STING細(xì)胞的數(shù)量增加,并且與肝臟炎癥和纖維化嚴(yán)重程度呈正相關(guān).另外兩項(xiàng)研究也發(fā)現(xiàn)[14,15],肝臟STING信號(hào)通路的激活可能介導(dǎo)營養(yǎng)過剩誘導(dǎo)的NAFLD和/或NASH.而STING缺乏可減輕蛋氨酸和膽堿缺乏飲食(methionine-and choline-deficient diet,MCD)或高脂飲食(high-fat diet,HFD)喂養(yǎng)的小鼠肝臟的脂肪化、纖維化和炎癥[14,15].的確,與非NAFLD患者相比,NAFLD患者肝臟組織中STING水平更高;NASH小鼠肝臟中cGAS和STING的mRNA水平也比正常小鼠高[14,16].此外,在HFD喂養(yǎng)的NAFLD小鼠的肝臟中,STING信號(hào)通路的兩個(gè)下游靶點(diǎn)TBK1和IRF3的磷酸化狀態(tài)也顯著升高[14,17].研究發(fā)現(xiàn)[18]NASH患者肝臟線粒體功能異常,胞漿mtDNA含量明顯高于正常.當(dāng)肝吞噬細(xì)胞吞噬凋亡或死亡的肝細(xì)胞時(shí),其自身DNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì),激活cGASSTING通路[19].小鼠肝臟吞噬細(xì)胞中STING-TBK1-IRF3和IKK-NF-κB通路的激活可產(chǎn)生多種細(xì)胞因子,包括干擾素(IFNs)、炎癥因子、α平滑肌肌動(dòng)蛋白(aSMA)、TGF-β和IA型膠原蛋白A1(Col1a1).其中,干擾素和炎癥因子主要作用于小鼠肝細(xì)胞,引起肝臟異常炎癥[13-15,17];而aSMA、TGF-β、Col1a1主要通過旁分泌激活肝星狀細(xì)胞(HSCs),加重肝纖維化[13-15].此外,NAFLD患者肝臟中脂質(zhì)過度沉積導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)氧化應(yīng)激損傷,從而激活STING-TBK1通路[20],STING-TBK1通路的激活不僅會(huì)引起肝臟代謝紊亂,包括肝細(xì)胞胰島素抵抗和脂質(zhì)沉積[14,17],而且促進(jìn)了不溶性p62/sequestosome 1(SQSTM1)聚集物的形成,這是NASH的關(guān)鍵標(biāo)記物,在NASH形成中起重要的致病作用[21].

STING在肝臟中分布不均勻.與肝細(xì)胞相比,STING主要在肝非實(shí)質(zhì)細(xì)胞(NPCs)中表達(dá)和激活,包括Kupffer細(xì)胞、竇狀內(nèi)皮細(xì)胞和肝星狀細(xì)胞(HSCs),從而發(fā)揮相應(yīng)的作用來維持肝臟的穩(wěn)態(tài)[22].在全身或骨髓細(xì)胞特異性敲除STING的HFD或MCD小鼠中,其可能通過影響NF-κB及IRF3的表達(dá)從而減輕肝臟的脂肪變性、炎癥和/或纖維化[14,15].此外,將對(duì)照組小鼠的骨髓細(xì)胞移植到STING敲除小鼠后,可加重HFD喂養(yǎng)小鼠肝臟脂肪變性和炎癥的嚴(yán)重程度[14],這表明STING敲除小鼠的代謝表型改善是由于小鼠肝內(nèi)缺乏STING巨噬細(xì)胞而不是肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞.這些結(jié)果與STING不存在于人類和小鼠肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞但存在于肝非實(shí)質(zhì)細(xì)胞中并大量表達(dá)的發(fā)現(xiàn)一致[15,23,24].有研究發(fā)現(xiàn)[13],STING主要在巨噬細(xì)胞中表達(dá),包括單核細(xì)胞衍生的巨噬細(xì)胞(MoMF),庫普弗細(xì)胞和CD163巨噬細(xì)胞等.一項(xiàng)對(duì)98例NAFLD患者肝臟樣本的研究也顯示,Kupffer細(xì)胞和MoMF細(xì)胞中的STING表達(dá)與炎癥和纖維化密切相關(guān)[13].然而,另一些報(bào)道卻表明STING也存在于肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞中,并且敲除STING或IRF3均可減輕脂質(zhì)積累、肝臟炎癥和細(xì)胞凋亡[17,25].這些發(fā)現(xiàn)提出了一種可能性,即在全身STING敲除小鼠中觀察到的一些NAFLD表型可能是由于小鼠肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞STING缺陷所致.另外,Bai等[26]還發(fā)現(xiàn)cGAS、STING和TBK 1等STING通路組分在脂肪細(xì)胞中也存在高表達(dá),抑制該信號(hào)通路可以減少肥胖誘導(dǎo)的炎癥并改善代謝穩(wěn)態(tài).

IRF3和IRF7都是先天免疫反應(yīng)中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子,均參與Ⅰ型干擾素依賴的免疫應(yīng)答.其中IRF3是公認(rèn)的STING信號(hào)通路的下游信號(hào)分子,目前很多關(guān)于STING信號(hào)通路參與NAFLD的研究也是圍繞STING-IRF3開展的.然而最近Cheng等[8]發(fā)現(xiàn)盡管雞中缺少IRF3,但它們卻能使用IRF7來重構(gòu)相應(yīng)的IFN信號(hào),以響應(yīng)DNA和RNA病毒感染,并發(fā)現(xiàn)了通過STING激活I(lǐng)RF7的機(jī)制.進(jìn)一步的研究則指出[27]IRF7由STING激活的方式雖然與IRF3高度相似,但I(xiàn)RF7的調(diào)節(jié)似乎受到更嚴(yán)格的控制:盡管單個(gè)磷酸化事件足以激活I(lǐng)RF3,但激活I(lǐng)RF7至少需要兩個(gè)磷酸化事件.所以,IRF7也是STING的下游游信號(hào)分子.早先有報(bào)道指出[28]IRF7參與代謝異常,并在飲食誘導(dǎo)的能量代謝和胰島素敏感性改變中起作用.同時(shí)在NASH患者和高脂高果糖(high fat/high fructose,HFHFr)飲食誘導(dǎo)的NAFLD小鼠中IRF7表達(dá)也均出現(xiàn)上調(diào).結(jié)合這些發(fā)現(xiàn),我們不難推斷出STING-IRF7通路似乎也參與NAFLD的發(fā)生發(fā)展.但這還有待進(jìn)一步的研究來提供更多證據(jù).

綜上,STING信號(hào)通路可能通過介導(dǎo)肝臟炎癥、脂質(zhì)代謝以及細(xì)胞凋亡等影響肝臟的代謝穩(wěn)態(tài)從而參與了NAFLD和/或NASH的發(fā)生發(fā)展.

3.2 STING信號(hào)通路與HCC NAFLD最終可發(fā)展為肝硬化和肝癌,NASH肝硬化患者中肝癌的年發(fā)病率估計(jì)在0.5%至2.6%之間;非肝硬化NAFLD患者中HCC的發(fā)生率較低,約為0.1-1.3/1000人每年[29].

STING信號(hào)通路同樣參與了HCC的發(fā)生發(fā)展.大量證據(jù)顯示,STING信號(hào)通路的激活能抑制腫瘤的發(fā)展,而DNA損傷和癌癥之間的密切聯(lián)系也已經(jīng)得到了很好的證實(shí)[30].與正常細(xì)胞不同,肝癌細(xì)胞胞漿中含有大量的異位DNA,如腫瘤來源的DNA、mtDNA和核染色體片段[31].當(dāng)細(xì)胞質(zhì)DNA被cGAS識(shí)別時(shí),STING-TBK1-IRF3和IKK-NF-κB通路被激活,產(chǎn)生IFNs、促炎因子和趨化因子,能抑制腫瘤細(xì)胞增殖.這些細(xì)胞因子還召集腫瘤組織周圍的DCs和NK細(xì)胞,形成腫瘤特異性淋巴細(xì)胞浸潤的抑瘤微環(huán)境,作為抗腫瘤免疫的一線防御[7].此外,干擾素-β不僅提高了DCs的終末分化,加速DCs的成熟,促進(jìn)DCs中腫瘤特異性抗原肽到MHCI類分子在CD8+T細(xì)胞中的交叉遞呈并激活它[32],也會(huì)增加CXCL9、CXCL10和其它趨化因子的表達(dá)、進(jìn)而誘導(dǎo)T淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)移到腫瘤組織,殺死腫瘤細(xì)胞并啟動(dòng)適應(yīng)性免疫反應(yīng)[33].此外,STING激活還能產(chǎn)生自噬、凋亡、壞死等非免疫功能,有效清除外源性病原體和腫瘤DNA,促進(jìn)抗原呈遞給T細(xì)胞,介導(dǎo)T細(xì)胞免疫應(yīng)答[34].

然而,也有證據(jù)表面STING信號(hào)通路可能促進(jìn)腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展.例如:STING-TBK1-IRF3通路產(chǎn)生的IFN-β刺激免疫關(guān)卡分子的產(chǎn)生,如程序性細(xì)胞死亡配體1(programmed cell death-1,PD-L1)和細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)蛋白4 (cytotoxic T-lymphocyte-associated antigen 4,CTLA-4),這些分子與T細(xì)胞表面受體結(jié)合,抑制T細(xì)胞的激活,可以導(dǎo)致免疫逃避[35,36].此外,Ⅰ型IFNs在化療和放療過程中可誘導(dǎo)持續(xù)的DNA損傷,進(jìn)而異常激活STING,導(dǎo)致長期炎癥[37],進(jìn)而引起組織破壞和免疫抑制,延緩癌細(xì)胞衰老,使癌細(xì)胞“永生”[38].另外,STING誘導(dǎo)的T、B淋巴細(xì)胞凋亡也會(huì)損害細(xì)胞免疫功能[39],從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)展.

所以,STING信號(hào)通路在HCC中似乎有著互相矛盾的作用,雖然大多數(shù)研究認(rèn)為其能抑制腫瘤的發(fā)展,但在某些條件下其也可能會(huì)促進(jìn)腫瘤的發(fā)展,這可能與腫瘤所處的環(huán)境和階段有關(guān),其中具體的機(jī)制還有待進(jìn)一步的研究去闡釋.

4 討論

目前關(guān)于NAFLD的發(fā)病機(jī)制尚未完全明確,“多重打擊”學(xué)說被認(rèn)為是比較符合NAFLD發(fā)病機(jī)制復(fù)雜性的解釋,其中免疫因素在NAFLD發(fā)生發(fā)展中扮演著不可或缺的角色.以STING為中樞的免疫信號(hào)通路是新近的研究熱點(diǎn),該通路可能通過介導(dǎo)炎癥和脂質(zhì)代謝等參與NAFLD的發(fā)生發(fā)展.但是,STING在肝臟中的表達(dá)仍然存在爭議.目前主流觀點(diǎn)認(rèn)為在NAFLD中,STING的表達(dá)和激活只發(fā)生在肝臟非實(shí)質(zhì)細(xì)胞(主要是巨噬細(xì)胞)中,但也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在肝細(xì)胞以及脂肪細(xì)胞等實(shí)質(zhì)細(xì)胞中同樣存在STING的表達(dá)和激活.所以進(jìn)一步研究STING信號(hào)通路在代謝相關(guān)細(xì)胞(如肝細(xì)胞、脂肪細(xì)胞)和組織駐留免疫細(xì)胞中的相對(duì)貢獻(xiàn),以及STING信號(hào)通路激活引發(fā)這些細(xì)胞之間的潛在交叉對(duì)話,將是值得的.不僅可以更全面地認(rèn)識(shí)STING信號(hào)通路以及其在NAFLD的作用機(jī)制,還可以為開發(fā)治療NAFLD的新型治療藥物提供幫助和思路.所以,我們有必要進(jìn)一步深入的研究STING信號(hào)通路與NAFLD之間的復(fù)雜關(guān)系.

當(dāng)前,關(guān)于STING信號(hào)通路的臨床應(yīng)用研究主要集中在基因和蛋白水平上,重點(diǎn)是在蛋白質(zhì)水平上開發(fā)臨床應(yīng)用的靶向藥物,包括激動(dòng)劑和抑制劑.越來越多的證據(jù)也表明,STING信號(hào)通路中的關(guān)鍵蛋白是潛在的藥物靶點(diǎn).目前,關(guān)于STING信號(hào)通路在肝臟疾病的臨床應(yīng)用的研究主要集中病毒性肝炎和HCC上[40].考慮到STING信號(hào)通路在NAFLD中的重要作用,我們不難推測它也是開發(fā)有效治療NAFLD的一種很有前景的潛在藥物靶點(diǎn),是治療NAFLD的一種新的思路.事實(shí)上,已經(jīng)有報(bào)道指出一種新型廣譜抗病毒藥物瑞德西韋通過抑制STING信號(hào),意外地減輕了NAFLD中的炎癥和脂質(zhì)功能障礙,可能是一種治療NAFLD的候選藥物[41].鑒于STING通路是一把雙刃劍,可以通過激活或抑制來達(dá)到預(yù)期的效果.一方面STING信號(hào)通路的激活可以增強(qiáng)肝臟的免疫監(jiān)測能力,另一方面STING信號(hào)激活引起的炎癥反應(yīng)也可導(dǎo)致更大的肝臟損傷,更嚴(yán)重的肝臟炎癥甚至纖維化.所以雖然通過調(diào)控STING表達(dá)治療和預(yù)防NAFLD是一個(gè)值得進(jìn)一步研究的領(lǐng)域.但是在研究過程中應(yīng)該注意考慮當(dāng)激活或抑制通路時(shí)產(chǎn)生的副作用是否會(huì)干擾預(yù)期的治療效果或者盡可能地避免這些副作用.