cGAS-STING信號(hào)通路與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展

陳娟娟，張平安

武漢大學(xué)人民醫(yī)院檢驗(yàn)科，武漢 430060 00

環(huán)磷酸鳥(niǎo)苷-腺苷酸合成酶（cyclic guanosine monophosphate-adenosine monophosphate synthase，cGAS）作為廣泛的DNA識(shí)別受體，能夠識(shí)別腫瘤DNA、病原體DNA、線粒體泄露DNA等而引發(fā)宿主防御功能。cGAS識(shí)別DNA后能夠催化合成第二信使環(huán)二核苷酸（cyclic guanosine monophosphate-adenosine monophosphate，cGAMP），隨后cGAMP活化干擾素基因刺激因子（stimulator of interferon gene，STING），促進(jìn)Ⅰ型干擾素（interferon，IFN）的表達(dá)以調(diào)節(jié)固有免疫功能。一方面，Ⅰ型IFN能夠增強(qiáng)抗腫瘤細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞免疫應(yīng)答；另一方面，Ⅰ型IFN也能促進(jìn)STING信號(hào)通路的激活，招募效應(yīng)T細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）中殺傷腫瘤細(xì)胞。相關(guān)研究表明，STING信號(hào)通路可以通過(guò)腫瘤類(lèi)型和免疫檢查點(diǎn)封鎖在天然抗腫瘤免疫中發(fā)揮關(guān)鍵作用[1]。然而，也有一些腫瘤能夠逃避這一信號(hào)通路所介導(dǎo)的免疫應(yīng)答，且在一定程度上可以促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。因此，本文對(duì)有關(guān)調(diào)控STING信號(hào)的腫瘤治療途徑，以及將基于STING的靶向治療方法整合到組合療法中以獲得持久的抗腫瘤免疫應(yīng)答等研究進(jìn)行綜述。

1 天然抗腫瘤免疫應(yīng)答

腫瘤細(xì)胞在生長(zhǎng)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)多次分裂增殖，其子細(xì)胞會(huì)呈現(xiàn)出分子生物學(xué)或基因方面的改變，這一變化可使腫瘤細(xì)胞逃避機(jī)體的免疫應(yīng)答，降低機(jī)體對(duì)抗腫瘤藥物的敏感性；同時(shí)，還可導(dǎo)致宿主針對(duì)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生相對(duì)低效的免疫應(yīng)答。若能增強(qiáng)機(jī)體的天然免疫應(yīng)答能力以清除腫瘤細(xì)胞，那將大大減少化療、放療帶來(lái)的不良反應(yīng)。細(xì)胞因子，包括白細(xì)胞介素-6（interleukin 6，IL-6）、IL-10、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）等[2-3]，在腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的后期可以對(duì)其進(jìn)行包括免疫逃避、血管生成和轉(zhuǎn)移前TME在內(nèi)的調(diào)控。這些過(guò)程可以受IFN、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3（signal transduction and activator of transcription 3，STAT3）、干擾素調(diào)節(jié)因子 3（interferon regulatory factor 3，IRF3）、IRF7及核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）等多種因子的影響[4]，尤其以Ⅰ型IFN最為重要[5]。Ⅰ型IFN可以在細(xì)胞因子的介導(dǎo)下對(duì)腫瘤的轉(zhuǎn)移產(chǎn)生促進(jìn)作用，同時(shí)也可產(chǎn)生抗腫瘤免疫應(yīng)答。研究表明，STING是Ⅰ型IFN重要的上游調(diào)節(jié)分子，可由IRF3及NF-κB核轉(zhuǎn)移信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)誘導(dǎo)Ⅰ型IFN的產(chǎn)生，最終促進(jìn)腫瘤細(xì)胞和鄰近細(xì)胞表達(dá)干擾素刺激基因（interferon stimulating gene，ISG）[6]。雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種細(xì)胞內(nèi)DNA感受器，但體內(nèi)敲除試驗(yàn)表明核苷酸轉(zhuǎn)移酶cGAS是細(xì)胞質(zhì)中感受雙鏈DNA（double-stranded DNA，ds-DNA）主要的、不可缺少的傳感器[7]，當(dāng)dsDNA被cGAS識(shí)別后，能夠催化合成cGAMP，隨后cGAMP激活STING，促進(jìn)Ⅰ型IFN的表達(dá)以調(diào)節(jié)固有免疫功能。cGAS-STING信號(hào)通路不同于其他通路，它不通過(guò)蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用轉(zhuǎn)導(dǎo)，而是通過(guò)由cGAS催化合成的第二信使cGAMP轉(zhuǎn)導(dǎo)[8]，然后直接傳遞至STING[9]。且cGAMP并不受限于固有的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)方式，并可以通過(guò)縫隙連接介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)產(chǎn)生更廣泛的區(qū)域免疫應(yīng)答[10]。

2 cGAS-STING信號(hào)通路與抗腫瘤免疫

當(dāng)腫瘤細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)DNA泄露后，易被cGAS識(shí)別，激活強(qiáng)有力的下游IFN應(yīng)答[11]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，微核在腫瘤細(xì)胞中普遍存在，當(dāng)腫瘤細(xì)胞中的DNA損傷，染色體錯(cuò)誤分離和細(xì)胞周期停滯引起微核泄露后，cGAS-STING信號(hào)通路即被激活[12]，隨后機(jī)體表達(dá)大量Ⅰ型IFN，通過(guò)調(diào)節(jié)固有免疫應(yīng)答來(lái)清除腫瘤細(xì)胞。而腫瘤細(xì)胞為了逃避這種DNA識(shí)別機(jī)制，則通過(guò)基因變異來(lái)破壞cGAS-STING信號(hào)軸并使Ⅰ型IFN基因座發(fā)生突變和缺失[3]。在人結(jié)腸腺癌和黑色素瘤細(xì)胞系中，腫瘤細(xì)胞能通過(guò)多種機(jī)制導(dǎo)致cGAS-STING信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常，包括STING轉(zhuǎn)移至高爾基體的信號(hào)傳輸中斷，cGAS和STING啟動(dòng)子區(qū)域的超甲基化以及cGAS和STING蛋白表達(dá)降低導(dǎo)致的IFN和下游ISG的表達(dá)降低[13]。有研究證實(shí)了STING依賴(lài)性腫瘤細(xì)胞滲透的直接抗腫瘤作用，在前列腺癌小鼠模型中使用免疫排斥試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)與注射后的野生型細(xì)胞相比，STING基因敲除的腫瘤細(xì)胞優(yōu)先富集[13]。同樣該項(xiàng)研究也顯示，當(dāng)敲除小鼠細(xì)胞內(nèi)的STING時(shí)，其體內(nèi)巨噬細(xì)胞吞噬作用降低[13]，這表明STING除了能調(diào)節(jié)樹(shù)突狀細(xì)胞（dendritic cell，DC）及CD8+T細(xì)胞的功能以外，還能對(duì)其他免疫細(xì)胞群的功能產(chǎn)生影響。

隨著機(jī)體對(duì)DC-CD8+T細(xì)胞的交叉呈遞和啟動(dòng)，浸潤(rùn)的淋巴細(xì)胞能夠調(diào)節(jié)cGAS-STING介導(dǎo)的IFN表達(dá)。在體內(nèi)試驗(yàn)中，cGAS缺陷型小鼠體內(nèi)DC表達(dá)IFN-γ的能力下降[14]，STING缺陷型小鼠體內(nèi)適應(yīng)性免疫反應(yīng)顯著受損，IFN-γ應(yīng)答能力下降，腫瘤特異性CD8+T細(xì)胞浸潤(rùn)減少，且出現(xiàn)細(xì)胞毒性功能缺陷型淋巴細(xì)胞[14]。機(jī)體能通過(guò)調(diào)節(jié)cGAMP的含量促進(jìn)腫瘤特異性CD4+T細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及DC的浸潤(rùn)，增加Ⅰ型IFN和ISG的表達(dá)[15]。過(guò)繼轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)證實(shí)了cGAS-STING通路與淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)的相關(guān)性，在二甲基苯蒽（dimethylbenanthracene，DMBA）模型中STING缺陷型野生小鼠的骨髓能夠抵抗腫瘤發(fā)展[16]。已有研究表明STING能夠調(diào)節(jié)T細(xì)胞的表達(dá)，組成型激活的突變體STING會(huì)導(dǎo)致T細(xì)胞增殖下降，記憶表型偏移[17]。在前列腺癌細(xì)胞中，通過(guò)DNA結(jié)構(gòu)特異性酶切割基因組DNA，可促使細(xì)胞質(zhì)中DNA積累，隨后激活STING，表達(dá)大量Ⅰ型IFN，促進(jìn)T細(xì)胞的免疫應(yīng)答[18]。在急性粒細(xì)胞白血?。╝cute myeloblastic leukemia，AML）中，內(nèi)源性cGAMP的合成促進(jìn)了抗腫瘤免疫。此外，外源性注射cGAMP可以誘導(dǎo)惡性細(xì)胞凋亡，通過(guò)STING通路調(diào)節(jié)T細(xì)胞應(yīng)答，增強(qiáng)抗腫瘤反應(yīng)[19]。在腫瘤細(xì)胞中激活STING后其抗腫瘤細(xì)胞增殖和促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡能力仍需進(jìn)一步探索；如果激活STING后的這些免疫應(yīng)答能夠在腫瘤細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)，那么將有望通過(guò)調(diào)節(jié)STING信號(hào)通路來(lái)阻止腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸。

3 cGAS-STING信號(hào)通路與腫瘤的發(fā)生和發(fā)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cGAS-STING信號(hào)通路也可以在特定階段促進(jìn)腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。

在炎性結(jié)腸炎相關(guān)腫瘤小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，STING缺乏與腫瘤發(fā)展的易感性有關(guān)，且小鼠體內(nèi)IL-22以及調(diào)節(jié)性IL-22結(jié)合蛋白的表達(dá)均下降[20]。而在非炎性路易斯肺癌（Lewis lung cancer，LLC）小鼠模型中STING激活與腫瘤生長(zhǎng)有關(guān)[21]。鑒于cGAS-STING在病毒感染中的明確作用，推測(cè)這條途徑可能與病毒誘發(fā)腫瘤產(chǎn)生有關(guān)；與此一致的是，STING缺陷型結(jié)直腸癌和黑色素瘤細(xì)胞對(duì)病毒感染的易感性增加[22-23]。另外，已知的病毒致癌基因人乳頭狀瘤病毒E7（human papilloma virus E7，HPV E7）和腺病毒E1A通過(guò)直接結(jié)合STING抑制cGAS-STING通路[24]。在HPV感染的舌鱗狀細(xì)胞癌中STING的表達(dá)和活化與調(diào)節(jié)性T細(xì)胞浸潤(rùn)和IL-10分泌增加有關(guān)[25]，STING缺陷型骨髓來(lái)源樹(shù)突狀細(xì)胞（bone marrow-derived dendritic cell，BMDC）表達(dá)的炎性調(diào)節(jié)蛋白IL-22結(jié)合蛋白減少[20]。慢性幽門(mén)螺桿菌感染是誘發(fā)胃癌的高危因素，它能引起體內(nèi)STING上調(diào)和下游IFN信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；然而，同一項(xiàng)研究還指出，胃癌患者的STING表達(dá)下降，且與腫瘤大小、發(fā)展和轉(zhuǎn)移相關(guān)[26]。

4 cGAS-STING信號(hào)通路與腫瘤轉(zhuǎn)移

cGAS-STING除了在腫瘤發(fā)生和發(fā)展中起作用外，還與腫瘤轉(zhuǎn)移有關(guān)。STING依賴(lài)性腫瘤的發(fā)展可以通過(guò)免疫性調(diào)節(jié)吲哚胺2，3-雙加氧酶（indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO）來(lái)調(diào)節(jié)，該酶可被STING激活[21]。IDO能夠催化L-色氨酸轉(zhuǎn)化為N-甲酰犬尿氨酸促進(jìn)腫瘤細(xì)胞免疫逃逸并限制T細(xì)胞增殖[27]。值得關(guān)注的是，IDO的表達(dá)在腫瘤引流淋巴結(jié)中升高，并且STING和IDO同時(shí)缺陷的小鼠更能抵抗LLC的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。連接蛋白43和原鈣黏蛋白7介導(dǎo)cGAMP通過(guò)縫隙連接從腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移到星形膠質(zhì)細(xì)胞，隨后誘導(dǎo)IFN和NF-κB的表達(dá)，促進(jìn)腦轉(zhuǎn)移[28]。與cGAS-STING信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)一致的是，當(dāng)敲低腫瘤細(xì)胞中cGAS的表達(dá)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致共培養(yǎng)星形膠質(zhì)細(xì)胞中IRF3和Ⅰ型IFN磷酸化的減少。相反，Demaria等[29]證明在腫瘤內(nèi)注射cGAMP可使小鼠肺轉(zhuǎn)移瘤幾乎完全消融并延遲對(duì)側(cè)腫瘤生長(zhǎng)。由于cGAS-STING的激活可以對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移產(chǎn)生旁分泌作用，進(jìn)一步探索以確定這種組織特異性的作用及在臨床治療中的應(yīng)用有重要意義。該組織特異性可以被器官特異性驅(qū)動(dòng)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移；這一過(guò)程是由TME中的細(xì)胞因子介導(dǎo)的，其可以通過(guò)上調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞中黏附因子的表達(dá)促進(jìn)黏附作用[30]。雖然仍不確定旁分泌信號(hào)、縫隙連接介導(dǎo)的cGAMP轉(zhuǎn)移及尚未發(fā)現(xiàn)的機(jī)制對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移的影響，但cGAS-STING介導(dǎo)的調(diào)節(jié)性免疫功能和基于cGAS-STING通路的靶向治療值得進(jìn)一步探索。

5 cGAS-STING信號(hào)通路與腫瘤靶向治療

在腫瘤內(nèi)給予cGAMP和其他環(huán)狀二核苷酸刺激后，機(jī)體表現(xiàn)出顯著的抗腫瘤反應(yīng)，這是cGASSTING參與抗腫瘤免疫的最有力證據(jù)。盡管化療和放療并未靶向cGAS-STING信號(hào)通路，但是這些藥物和射線可能會(huì)誘導(dǎo)損傷的DNA激活cGASSTING信號(hào)通路并增強(qiáng)抗腫瘤免疫反應(yīng)導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡。目前化療藥物順鉑和依托泊苷均可通過(guò)引發(fā)DNA損傷和細(xì)胞溶質(zhì)DNA滲漏誘導(dǎo)cGAS-STING的激活，在實(shí)驗(yàn)室中，依托泊苷被廣泛應(yīng)用于研究DNA受損途徑，以及探討與DNA識(shí)別、修復(fù)和炎性反應(yīng)有關(guān)的基因表達(dá)，這些基因包括Ⅰ型IFN、抗病毒Mx基因家族，以及Mbd21d1（即cGAS）和Tmem173（即STING）[31]。最新研究表明，化療藥物多柔比星和柔紅霉素能夠通過(guò)抑制拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ和dsDNA斷裂有效激活STING[32]。

在發(fā)現(xiàn)STING之前，5，6-二甲基黃酮-4-乙酸（5，6-dimethylxanthone-4-acetic acid，DMXAA）是一種非常有前景的化療藥物，對(duì)晚期肺癌、前列腺癌和乳腺癌均有療效。隨后有研究報(bào)道，DMXAA能激活STING，使其誘導(dǎo)IFN-β的表達(dá)和CD8+T細(xì)胞的增殖和浸潤(rùn)[33]。但DMXAA在Ⅲ期臨床試驗(yàn)中失敗了，因?yàn)镈MXAA僅能激活小鼠體內(nèi)的STING功能，而對(duì)人類(lèi)和大鼠的STING無(wú)激活作用[34]。為此許多科學(xué)家開(kāi)始對(duì)STING激活劑進(jìn)行研究，包括瘤內(nèi)注射MIW815的Ⅰ期臨床試驗(yàn)以及利用免疫療法對(duì)惡性實(shí)體腫瘤進(jìn)行檢查點(diǎn)封鎖[35]。據(jù)研究報(bào)道，人工合成的環(huán)狀二核苷酸衍生物能夠激活所有已知的人類(lèi)STING等位基因，但仍需在臨床試驗(yàn)中進(jìn)一步探索[6]。這些合成衍生物在小鼠骨髓源巨噬細(xì)胞（bone marrow-derived macrophage，BMDM）和原代人細(xì)胞中能誘導(dǎo)IFN-β的合成，當(dāng)將該藥物注射到小鼠黑色素瘤、結(jié)腸癌和乳腺癌腫瘤中時(shí)，能夠減小腫瘤體積，并在腫瘤消退后誘導(dǎo)抗腫瘤免疫記憶形成[36]。環(huán)狀二核苷酸似乎增強(qiáng)了各種現(xiàn)有的和前瞻性的抗腫瘤療法的效果，包括疫苗、CD47阻滯劑、氟二氧嘧啶和尿嘧啶[37]。最引人注目的是，在小鼠的B16黑色素瘤模型中發(fā)現(xiàn)，cGAS和STING對(duì)程序性死亡受體配體-1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也稱(chēng)PDL1）拮抗劑的抗腫瘤作用至關(guān)重要，然而當(dāng)小鼠體內(nèi)的cGAS或STING被敲除時(shí)，抗PD-L1療法對(duì)腫瘤體積或生長(zhǎng)無(wú)影響[1]。

目前許多常見(jiàn)的病毒載體，包括單純皰疹病毒1（herpes simplex virus-1，HSV-1）、腺病毒和痘苗病毒等dsDNA病毒均能夠激活cGAS-STING信號(hào)通路[38]。cGAS和STING在HSV-1感染中起關(guān)鍵作用，能夠增加Mb21d1和Tmem173型小鼠的致死易感性[39-40]。此外，HSV-1能夠根據(jù)細(xì)胞類(lèi)型調(diào)節(jié)STING的穩(wěn)定性和功能[41]。在黑色素瘤細(xì)胞系中，cGAS-STING缺陷型和相關(guān)的Ⅰ型IFN缺陷型細(xì)胞信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)與溶瘤細(xì)胞內(nèi)HSV-1復(fù)制的增加和細(xì)胞溶菌作用增強(qiáng)有關(guān)[23]。自從發(fā)現(xiàn)溶瘤細(xì)胞內(nèi)HSV-1變體能夠治療黑色素瘤后，有研究者推測(cè)cGAS-STING有可能成為預(yù)后和療效監(jiān)測(cè)的生物標(biāo)志物。由于微小RNA（microRNA，miRNA）的分子量小、特異性強(qiáng)，可在腫瘤治療中作為腫瘤標(biāo)志物或者腫瘤治療劑[42]。有研究報(bào)道，miRNA-27能夠靶向STING的3'UTR位點(diǎn)，并且miRNA-27的表達(dá)水平降低與舌鱗狀細(xì)胞癌的發(fā)展相關(guān)[25]。同時(shí)，miRNA-27的轉(zhuǎn)染降低了STING的表達(dá)和下游信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)，因此被認(rèn)為是調(diào)節(jié)cGAS-STING信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的另一種潛在治療劑。

另?yè)?jù)研究報(bào)道，cGAS-STING激活劑能夠促進(jìn)輔助性T淋巴細(xì)胞1（helper T lymphocyte 1，Th1）的佐劑效應(yīng)，因此可以與腫瘤的各種治療方案聯(lián)合使用。體內(nèi)小鼠試驗(yàn)研究表明，STING激活劑可以增加放療、疫苗療法及免疫療法的效果，除了輔助作用外，cGAS-STING信號(hào)通路也可以被溶瘤病毒激活以用于新的治療方案；如上所述，研究cGAS-STING對(duì)腫瘤發(fā)展的影響必須考慮腫瘤細(xì)胞的特異性。cGAS-STING介導(dǎo)的腫瘤發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移的新興作用仍需在臨床試驗(yàn)中進(jìn)一步探索。與任何類(lèi)型的免疫療法一樣，cGAS-STING介導(dǎo)的靶向治療依賴(lài)于誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生強(qiáng)大的抗腫瘤免疫反應(yīng)，同時(shí)盡量減少腫瘤的炎性反應(yīng)。

6 小結(jié)

cGAS-STING信號(hào)通路與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移有關(guān)，機(jī)體能夠通過(guò)調(diào)節(jié)STING信號(hào)通路的激活，增強(qiáng)天然抗腫瘤免疫。對(duì)cGAS-STING信號(hào)通路的深入研究，不僅可以加深對(duì)固有免疫抗感染機(jī)制的理解，而且為腫瘤免疫的藥物設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)，使其在基礎(chǔ)免疫學(xué)、腫瘤生物學(xué)及腫瘤臨床治療中發(fā)揮更大的作用。