快速了解STING通路

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干扰素基因刺激因子（STING）通路是一个关键的DNA感应过程，可诱导对微生物和基因的先天免疫。STING位于内质网（ER）的膜上，含有379个氨基酸，包括4个跨膜螺旋和一个延伸到细胞质的球形C端结构域（CTD）。STING作为一种细胞内识别受体，通过激活cGAS-STING信号通路，在调节许多保卫基因的转录中发挥重要作用。自2008年STING的发现以来，大量研究已经仔细分析了STING的结构，形成了一个优雅的STING激活模型，在这个模型中，cGAMP结合后，STING向内旋转至配体结合口袋，关闭其配体结合口袋，并释放其C-末端以招募TBK1和IRF3。2013年，发现了cGAS在哺乳动物细胞中的存在，并揭示其合成cGAMP作为第二信使直接激活STING的能力。此后，cGAS-STING通路被发现广泛参与各种生理和病理过程。

cGAS-STING通路

cGAS

cGAS属于结构上保守的cGAS/DncV样核苷酸转移酶（CD-NTase）超家族，包括一个N-末端结构域和一个C-末端催化结构域。催化结构域包括NTase核心和Mab21结构域，并采用一个双叶状结构，包括一个中央催化结构域和两个不同的带正电表面。催化结构域的N-末端有一条长螺旋"脊柱"，连接N-末端叶状结构，具有NTase折叠，以及C-末端叶状结构，其中包含一个紧密的螺旋束。cGAS的两个叶状结构之间的深槽的边缘是催化位点。一旦cGAS的带正电的表面以一种与序列无关的方式与dsDNA相互作用，就会发生显著的结构切换，使cGAS的催化口被重新排列以启动三磷酸鸟苷（GTP）和三磷酸腺苷（ATP）的环化过程。

STING

作为适配蛋白，STING是先天免疫应答信号级联的核心组成部分。这个小蛋白（约40 kDa）由一个包含四个跨膜螺旋（TM1-4）的N-末端部分锚定在ER膜上。STING的C-末端结构（CTD）包括一个配体结合结构域（LBD），负责与2’3’-cGAMP和CDNs结合，以及一个能够结合TBK1的C-末端尾巴（CTT），两者都面向细胞质。STING在无配体状态下存在为二聚体，通过组织八个跨膜螺旋和两个CTD采用了一个领域交换的架构。在二聚体的TM结构中，一个层是由TM2和TM4形成的中央层，另一个层是由TM1和TM3组成的外层。LBD结构域包含五个β链和四个α螺旋，其中α螺旋1通过连接螺旋（残基141-149）和连接环（残基150-156）与TM4相连。两个STING CTD主要通过疏水相互作用发生二聚化，形成一个V形的结合口袋。在cGAMP结合时，STING的配体结合口袋上形成一个四链β-片状的盖子状结构，将cGAMP牢牢地固定住；这被描述为“封闭”构象。

cGAS、STING的晶体结构

cGAS-STING通路的激活

病原体感染、自身DNA损伤和肿瘤DNA是引起cGAS-STING信号激活的三个关键因素。大多数DNA病毒，如人类巨细胞病毒（HCMV）、单纯疱疹病毒1型（HSV-1）（14）和乙型肝炎病毒，都能激活cGAS/STING途径并启动抗病毒免疫应答。登革热RNA病毒也已被证实能诱导感染细胞线粒体DNA（mtDNA）在细胞质中暴露，从而诱导cGAS-STING信号。还有研究表明，在慢性STING激活的条件下，癌细胞中高水平的ISG表达可能使肿瘤处于一种转录状态，用于应对由于传感器水平增加导致的异常dsRNA积累，这表明cGAS可能作为dsRNA的间接传感器并发挥抗肿瘤作用。当cGAS检测到各种来源的dsDNA（例如病毒、细菌DNA，线粒体DNA等）时，它被激活并通过一系列催化反应和构象变化催化2′3′-cGAMP的形成。这些反应可分为两个步骤：在第一步中，cGAS使用三磷酸腺苷（ATP）和三磷酸鸟苷（GTP）作为前体，并将ATP移动到GTP的2′-OH位置以生成线性异二核苷酸磷酸pppG（2′–5′）pA，作为第二步的基础材料；第二步中，cGAS将GTP转移到腺苷酸磷酸的3′-OH，最终生成cGAMP。cGAS的激活在转录水平上不受调控，而是在翻译后水平上被修饰，涉及泛素化、乙酰化、磷酸化和由半胱氨酸酶剪切。这些修饰通过不同的机制调节cGAS的活性。cGAS-STING途径的下游信号控制干扰素（IFN）和NF-κB（驱动炎症基因表达，包括细胞因子和趋化因子）的表达，并促进炎症分子的活化。激活的IFN可以导致数百种干扰素刺激基因（ISG）的上调，进而促使数种炎症细胞因子的分泌。这些物质可以限制病毒复制并诱导细胞凋亡。

临床开发中的STING激动剂

在临床前广泛使用的最显著的STING激动剂是 DMXAA，这是一种以血管破坏为特点的药物，被认为具有抗肿瘤活性。在一项随机的II期临床试验中，评估了将DMXAA添加到紫杉醇和卡铂的标准治疗方案中对于未曾接受治疗的晚期非小细胞肺癌患者的可行性和安全性。结果显示DMXAA耐受性良好。在后续的一项更大的III期随机试验中，该试验评估了在晚期非小细胞肺癌患者中，紫杉醇和卡铂与或不与DMXAA联合治疗的疗效，DMXAA处理组与安慰剂组在总生存和无进展生存方面没有观察到差异，导致在中期分析期间由于缺乏疗效而终止了试验。这与使用小鼠模型进行的临床前研究相反，在这些研究中，DMXAA的肿瘤内注射被证明能够引发强有力的抗肿瘤免疫应答。后续对DMXAA功能的详细研究表明，尽管DMXAA是小鼠STING的直接配体，但人STING蛋白的多态性导致DMXAA无法结合，使其在人体中无效。随后的工作重点转向开发合成激动剂化合物，这些化合物具有改进的稳定性和较低的酶降解敏感性，能够结合人STING的所有已知等位基因。

正在开发的新型STING激动剂

STING激动剂在临床前评估中的应用

许多临床开发的STING激动剂的化学结构和稳定性限制了它们作为全身免疫治疗的使用。在过去几年中，已经鉴定出一些具有改进结构特性、更高效力和与人STING亲和力更强的新型环状CDN和非CDN STING激动剂化合物，并在临床前研究中展现出有希望的结果。

小结

cGAS-STING信号通路是细胞质DNA感应的重要过程，在调控病原体感染、肿瘤免疫和自身免疫性疾病中具有关键作用。cGAS-STING通路的激活可以诱导I型IFNs和其他细胞因子的表达，并将信号传导到细胞核，这使得cGAS-STING通路成为癌症免疫治疗的有前途的靶点。自STING的最初发现以及在临床前环境中激活该通路的效力后，科学家们正在加速STING激动剂的开发进程。人体自身免疫表型（SAVI）的存在和不断增多的临床前和临床研究支持多种STING激动剂化合物在增强抗肿瘤免疫和提高现有免疫疗法效果方面的潜力。尽管如此，对于临床靶向cGAS-STING通路仍存在重大障碍。目前正在进行大量研究，以开发具有改进特性、稳定性适合全身输送的化合物。

参考文献：[1]Amouzegar A, Chelvanambi M, Filderman JN, Storkus WJ, Luke JJ. STING Agonists as Cancer Therapeutics. Cancers (Basel). 2021;13(11):2695. Published 2021 May 30. doi:10.3390/cancers13112695[2]Luo K, Li N, Ye W, Gao H, Luo X, Cheng B. Activation of Stimulation of Interferon Genes (STING) Signal and Cancer Immunotherapy. Molecules. 2022;27(14):4638. Published 2022 Jul 20. doi:10.3390/molecules27144638[3]Liu N, Pang X, Zhang H, Ji P. The cGAS-STING Pathway in Bacterial Infection and Bacterial Immunity. Front Immunol. 2022;12:814709. Published 2022 Jan 13. doi:10.3389/fimmu.2021.814709[4]Gan Y, Li X, Han S, et al. The cGAS/STING&#8194athway: A Novel Target for Cancer Therapy. Front Immunol. 2022;12:795401. Published 2022 Jan 3. doi:10.3389/fimmu.2021.795401[5]Huang C, Shao N, Huang Y, et al. Overcoming challenges in the delivery of STING agonists for cancer immunotherapy: A comprehensive review of strategies and future perspectives. Mater Today Bio. 2023;23:100839. Published 2023 Oct 21. doi:10.1016/j.mtbio.2023.100839

xqliu

学习了，谢谢提供分享。

johnwu550602

謝謝分享
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