爆肝总结！cGAS-STING信号通路及其与免疫/代谢/衰老/肿瘤通路互作详解

cGAS-STING信号通路

基本概述

在正常情况下，cGAS定位于胞质溶胶和细胞核内，但普遍认为其在细胞核内通过与核小体结合而受到抑制。当发生感染导致病原体DNA出现在胞质溶胶中，或受损线粒体或细胞核的DNA泄漏至胞质溶胶时，胞质溶胶中的cGAS便会结合dsDNA。这种结合诱导cGAS发生构象变化，形成具有催化活性且可接近的核苷酸结合口袋，进而合成cGAMP。随后，cGAMP结合其下游的环二核苷酸（CDN）接头蛋白——STING。STING是一种定位于内质网（ER）的膜蛋白，以二聚体形式存在。结合cGAMP后，STING二聚体从内质网转运至高尔基体，并在该处寡聚化。在高尔基体上，TANK结合激酶1（TBK1）结合到STING寡聚体的C末端尾部（CTT）区域，并通过反式自身磷酸化（trans-autophosphorylation）被激活。活化的TBK1继而磷酸化STING以及转录因子干扰素调节因子3（IRF3）。磷酸化的IRF3形成二聚体并转位入核，启动编码I型干扰素的基因转录。I型干扰素在抗微生物和抗肿瘤免疫中发挥着关键作用。此外，cGAS–STING通路的激活还会导致依赖核因子κB（NF-κB）的转录活化。

cGAS可识别病原体DNA、受损染色体DNA、线粒体DNA（mtDNA）、逆转录转座子或逆转录病毒形成的DNA-RNA杂交体，以及染色体外环状DNA（eccDNA）。当dsDNA结合cGAS时，可诱导液-液相分离（liquid–liquid phase separation）。该现象通过两种机制促进cGAMP的合成：

①限制DNA核酸酶对dsDNA的降解；

②形成浓缩dsDNA与cGAS的微反应区室。

大部分cGAS定位于细胞核内，通过与核小体结合而处于抑制状态。此外，自整合屏障因子1（BAF1）能结合核内cGAS，阻断基因组DNA与cGAS的结合。核内cGAS会经SPSB3和CRL5复合体介导的泛素化途径被降解。细胞内的cGAMP水平亦受到严格调控：已报道多种cGAMP转运蛋白（如SLC19A1），另有证据表明存在ABCC1等输出蛋白（其转运机制尚不明确）。细胞外的cGAMP可被ENPP1、ENPP3及潜在降解酶SMPDL3A水解。

STING作为ER驻留蛋白，其定位依赖于与STIM1的相互作用。STING通过COPII包被囊泡从内质网转运至高尔基体后，在该处启动下游信号传导。此转运过程还涉及STING内质网输出蛋白1（STEEP）和TAK1的参与。与之对应，衔接分子SURF4可介导COPI包被囊泡将部分STING从高尔基体回收至内质网。

※ STING在高尔基体主要行使三项功能：

(1) 通过激活TBK1磷酸化IRF3，诱导I型干扰素表达；

(2) NF-κB促进趋化因子表达；

(3) 启动依赖ATG16L1和液泡型ATP酶（V-ATPase）的非经典自噬途径（WIPI2在此过程中的必要性仍存争议）。

此外，STING可转位至细胞核内，通过结合辅因子PML增强芳香烃受体（AHR）的转录活性，进而驱动靶基因表达。

※ 磷酸化STING的降解是信号通路终止的关键环节：

(1) ARMH3与STING相互作用，募集磷脂酰肌醇4激酶-β（PI4KB）在高尔基体合成磷脂酰肌醇4-磷酸（PI4P）；

(2) PI4P随后通过AP-1复合体介导STING转运至内体，最终进入溶酶体降解；

(3) 转运所需内体分选复合物（ESCRT）及NPC1蛋白也可介导STING向溶酶体的转运与降解。

cGAS-STING信号通路

与其他信号通路的互作

(1) 病毒通过多种机制抑制由病毒DNA激活的cGAS-STING通路：

①痘病毒利用E5蛋白降解cGAS，并通过痘病毒特异性核酸酶（poxins）水解cGAMP；

②人乳头瘤病毒的E7蛋白可直接抑制STING活性。

(2) 细菌感染中则呈现双向调控：

①肠道菌群释放的膜囊泡可转运细菌DNA至远端宿主细胞，激活cGAS-STING通路；

②细菌分泌的CDNs能直接激活STING受体。

(3) 真菌感染呈现独特机制：

STING转位至吞噬体后，与SRC激酶相互作用，阻断SRC依赖性脾酪氨酸激酶（SYK）活化通路，抑制SYK依赖性细胞因子产生，该作用最终促进真菌免疫逃逸。

(1)炎症小体激活途径

cGAS-STING信号活化后，可通过溶酶体破裂及细胞死亡等机制激活NLRP3炎症小体与caspase 1，进而促进IL-1β的产生。

(2)TLR通路的双向调控

Toll样受体（TLR）信号在NF-κB的同时，会诱导微管解聚，从而阻断含STING囊泡从高尔基体向溶酶体的转运，抑制STING的降解过程。

(3)NLR家族蛋白的动态调节

①NLRC3常态下结合并抑制STING，但在病毒感染（如单纯疱疹病毒1型HSV1）时，病毒DNA与NLRC3的结合可释放STING，正向促进cGAS-STING通路活化；

②NLRC4通过激活TBK1增强该通路，TBK1进而磷酸化IRF3，驱动I型干扰素产生。

(4)DNA感知协同机制

γ-干扰素诱导蛋白16（IFI16）在DNA识别过程中与cGAS形成功能协同。

(1) SCAP/SREBP2枢纽作用

作为脂代谢核心调节因子，SCAP与SREBP2深度参与STING信号调控：

①SCAP作为分子桥梁连接STING与IRF3，直接增强STING信号传导；

②SREBP2在NPC1缺陷背景下调控STING转运，为STING信号激活创造前决条件。

(2) 脂代谢酶与STING的相互制衡

(3) 代谢紊乱触发线粒体DNA泄漏

下列代谢异常均导致mtDNA泄漏至胞质，激活cGAS感应：

①延胡索酸水合酶（FH）缺失：依赖SNX9通过线粒体衍生囊泡释放mtDNA；

②ACLY抑制/棕榈酸增加：诱导活性氧（ROS）升高 → 多不饱和脂肪酸过氧化 → 线粒体损伤；

③衣康酸阻断TCA循环：破坏线粒体能量代谢；

④YME1L缺失：嘧啶堆积导致线粒体功能障碍。

(4) 糖代谢与DNA稳定性调控

①葡萄糖-TREX2通路：

葡萄糖→激活RNA甲基转移酶NSUN2→稳定TREX2 mRNA→TREX2蛋白↑→降解胞质dsDNA→抑制cGAS活化；

②STING反馈调节：

低氧条件下，STING通过抑制己糖激酶2（HK2）限控糖酵解进程。

(1) 促衰老DNA的来源

①染色质碎片（核膜完整性受损导致）

②线粒体DNA（mtDNA，经线粒体通透性转换孔道mPTP释放）

③逆转录转座子/逆转录病毒衍生的cDNA及DNA-RNA杂交体

(2) DNA泄漏的调控机制

(3) 下游衰老信号通路

①cGAS活性增强：

胞质染色质片段上的硫氧还蛋白还原酶1（TXNRD1）结合cGAS→加速衰老进程；

②经典衰老通路：

STING激活IRF3→入核与视网膜母细胞瘤蛋白（RB）形成复合物→失活E2F转录因子→诱发细胞衰老→衰老相关分泌表型（SASP）；

③非经典翻译调控：

cGAS–STING–PERK–eIF2α通路驱动选择性mRNA翻译→促进细胞衰老。

（1）肿瘤细胞DNA积累触发免疫应答

肿瘤细胞中因cBAF复合体亚基ARID1A缺失或功能抑制导致的单链DNA（ssDNA）、DNA-RNA杂交体堆积，以及线粒体DNA（mtDNA）和STING激动剂，均可通过cGAS-STING通路促进I型干扰素产生。此类干扰素驱动CD8⁺ T细胞与自然杀伤（NK）细胞等免疫细胞的成熟与增殖，介导抗肿瘤效应。

（2）DNA修复复合体的协同激活

肿瘤发生过程中，双链DNA断裂修复复合体MRE11-RAD50-NBN可结合核小体片段并置换cGAS，使cGAS得以被dsDNA动员激活。

（3）免疫治疗增效策略

①联合疗法：IL-2与STING激动剂联用可协同增强CD8⁺ T/NK细胞应答，同步抑制MHC-I缺陷型与野生型肿瘤；

②免疫检查点上调：cGAS-STING通路激活增加肿瘤细胞PD-L1表达，增强PD-1/PD-L1阻断疗法敏感性；

③凋亡途径拓展：STING激动剂在p53缺失肿瘤中可触发p53非依赖性凋亡（野生型p53通过诱导BH3-only基因促凋亡）。

（1）肿瘤细胞通路抑制因素

（2）免疫微环境有害活化

①调节性B细胞（Breg）：cGAS-STING-IRF3轴激活→分泌IL-35→抑制NK细胞抗肿瘤功能；

②树突状细胞（DC）：cGAS-STING活化→分泌IL-6→传递生存/生长信号至肿瘤细胞 + 阻断I型干扰素-JAK-STAT1介导的肿瘤凋亡。

cGAS-STING信号通路

小结

END