藥科大王琛組發現新型STING信號通路抑制劑

　　病原微生物入侵宿主時，固有免疫可發揮保護作用并激發適應性免疫以清除病原體感染【1】。在宿主所表達的模式識別受體（Pattern recognition receptors， PRRs）中，胞質DNA感受器（包括cGAS，DDX41，DAI，AIM2，IFI16等）的生理病理功能被廣泛研究【2-6】。定位于內質網的STING蛋白（stimulator of interferon genes，STING）將DNA感受器收集的信號轉導至下游以激活抗病毒反應。STING可直接結合環狀二核苷酸（cyclic dinucleotides，CDNs，細菌中的c-di-GMP 或c-di-AMP）或cGAS催化的cGAMP，形成STING二聚體并通過高爾基體從內質網轉移至核周微粒體。STING信號小體招募TBK1（TANK-binding kinase）激活IRF3，誘導I型干擾素的產生及炎性因子表達【7】。

　　除了在固有免疫中發揮的重要作用，cGAS-TING信號通路的失調會引發自身免疫性疾病的發生。因此，cGAS-STING信號通路被一系列因素嚴格調控，這些因素包括蛋白質翻譯后修飾（磷酸化，泛素化等）及小分子拮抗劑與激動劑等（例如合成小分子DMXAA與CMA）【8, 9】。然而，由于物種的局限性，人類STING的調控分子還有待于深入研究。

　　中國藥科大學生命科學與技術學院王琛課題組長期從事cGAS-STING信號通路相關研究。前不久，該課題組在在PLOS Pathogens雜志上發表文章，發現了去泛素化酶CYLD可以通過去除SITNG K48鏈型的多聚泛素化來穩定STING蛋白功能并正調控天然免疫應答（詳見BioArt此前的報道：藥科大王琛組揭示STING信號通路新型調控分子）。

　　近日，王琛課題組、中藥學院譚寧華課題組與中國科學院上海巴斯德研究所劉星課題組于Cell Reports雜志聯合發表了題為The Cyclopeptide Astin C Specifically Inhibits the Innate Immune CDN Sensor STING的研究論文，發現小分子環肽astin C可特異性的抑制cGAS-STING信號通路及胞質DNA所誘發的炎癥應答。在HSV-1感染Trex1缺失的小鼠中，astin C可顯著降低其自身免疫炎癥反應。機制上，astin C可阻斷IRF3被招募到STING信號小體。關于STING激動劑的研究當前是研究熱點，本篇論文為STING介導的臨床疾病治療提供了小分子抑制劑的研究基礎。

　　在課題組前期的研究結果中，研究人員首先在菊科植物紫菀（Aster tataricus）的植物化學研究中成功分離出約80種化合物（主要包括肽，三萜，類黃酮和甾醇），其中分離出的14種氯化環戊肽（astins A-H和K-P）是紫菀所特有的成分【10】，但其生物學功能未知。

　　在本篇研究中，研究人員通過熒光定量PCR結合化合物篩選發現astin C可特異性抑制胞質DNA所誘導的抗病毒基因的表達，astin C可直接調控STING信號小體并結合于STING的C端結構域。從結構上來看，STING蛋白第232位組氨酸（H232）與第238位精氨酸（R238）對于結合astin C不可或缺，同時H232也是傳統CDNs結合位點。因此，astin C可與CDNs競爭性結合于STING。

　　機制上來看，astin C阻礙了IRF3被招募于STING信號小體，且對于HSV-1病毒與李斯特菌感染的小鼠與細胞，astin C顯著降低了宿主的抗病病原體防御能力。由于Trex1（DNase III）缺失的小鼠中，cGAS-STING信號通路會引發自身炎癥反應，研究人員利用Trex1-/-小鼠驗證astin C的體內功能。結果證實astin C可減輕Trex1-/-小鼠的自身炎癥反應，表現為炎性因子的表達降低與血清中自身抗體豐度的減少。

　　因此，本篇研究不僅發現了靶向STING信號小體高度有效的小分子化合物抑制劑，也為腫瘤與自身免疫疾病的治療提供了研究思路。

　　值得注意的是，今年針對STING蛋白的研究受到了科學界的廣泛關注。Nature雜志分別于今年7月與11月報道了STING的小分子抑制劑與激動劑【11, 12】。作為固有免疫的重要分子，STING成為了研究人員利用免疫系統對抗腫瘤的切入點。目前，STING的激動劑與抑制劑的研發處于熱點狀態，諾華（PD-1檢查點抑制劑）已與Aduro（STING激動劑）聯合啟動用于治療晚期/轉移性實體瘤或淋巴瘤的臨床實驗。因此，STING對于腫瘤免疫、癌癥以及自身免疫疾病的治療的潛在應用前景，我們將拭目以待。

　　原文鏈接：https://www.cell.com/cell-reports/pdf/S2211-1247(18)31888-6.pdf

　　參考文獻

　　1. Palm, N.W., and Medzhitov, R. (2009). Pattern recognition receptors and control of adaptive immunity. Immunol. Rev. 227, 221–233.

　　2. Sun, L., Wu, J., Du, F., Chen, X., and Chen, Z.J. (2013). Cyclic GMP-AMP synthase is a cytosolic DNA sensor that activates the type I interferon pathway. Science 339, 786–791.

　　3. Zhang, Z., Yuan, B., Bao, M., Lu, N., Kim, T., and Liu, Y.J. (2011). The helicase DDX41 senses intracellular DNA mediated by the adaptor STING in dendritic cells. Nat. Immunol. 12, 959–965.

　　4. Takaoka, A., Wang, Z., Choi, M.K., Yanai, H., Negishi, H., Ban, T., Lu, Y., Miyagishi, M., Kodama, T., Honda, K., et al. (2007). DAI (DLM-1/ZBP1) is a cytosolic DNA sensor and an activator of innate immune response. Nature 448, 501–505.

　　5. Burckstummer, T., Baumann, C., Bluml, S., Dixit, E., Durnberger, G., Jahn, H.,Planyavsky, M., Bilban, M., Colinge, J., Bennett, K.L., and Superti-Furga, G.(2009). An orthogonal proteomic-genomic screen identifies AIM2 as a cytoplasmic DNA sensor for the inflammasome. Nat. Immunol. 10, 266–272.

　　6. Unterholzner, L., Keating, S.E., Baran, M., Horan, K.A., Jensen, S.B., Sharma,S., Sirois, C.M., Jin, T., Latz, E., Xiao, T.S., et al. (2010). IFI16 is an innate immune sensor for intracellular DNA. Nat. Immunol. 11, 997–1004.

　　7. Wang, Q., Liu, X., Zhou, Q., and Wang, C. (2015). Cytosolic sensing of aberrant DNA: arming STING on the endoplasmic reticulum. Expert Opin. Ther. Targets 19, 1397–1409.

　　8. Gao, P., Zillinger, T., Wang, W., Ascano, M., Dai, P., Hartmann, G., Tuschl, T.,Deng, L., Barchet, W., and Patel, D.J. (2014). Binding-pocket and lid-region substitutions render human STING sensitive to the species-specific drug DMXAA. Cell Rep. 8, 1668–1676.

　　9. Cavlar, T., Deimling, T., Ablasser, A., Hopfner, K.P., and Hornung, V. (2013). Species-specific detection of the antiviral small-molecule compound CMA by STING. EMBO J. 32, 1440–1450.

　　10. Xu, H.M., Zeng, G.Z., Zhou, W.B., He, W.J., and Tan, N.H. (2013b). Astins K-P,six new chlorinated cyclopentapeptides from Aster tataricus. Tetrahedron 69, 7964–7969.

　　11. Haag, S. M., Gulen, M. F., Reymond, L., Gibelin, A., Abrami, L., Decout, A., Ablasser, A. (2018). Targeting STING with covalent small-molecule inhibitors. Nature, 559(7713), 269–273. doi:10.1038/s41586-018-0287-8

　　12. Ramanjulu JM, Pesiridis GS, Yang J, et.al, Smothers J, Hoos A, Bertin J.（2018）Design of amidobenzimidazole STING receptor agonists with systemic activity. Nature. 2018 Nov 7. doi: 10.1038/s41586-018-0705-y.