胡娟秀,李承彬

(華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬荊州市中心醫(yī)院檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)部，湖北 荊州 434000)

干擾素基因刺激因子(stimulator of interferon genes,STING)是在高通量篩選互補(bǔ)脫氧核糖核酸(complementary deoxyribonucleic acid，cDNA)表達(dá)文庫(kù)時(shí)發(fā)現(xiàn)的，因能激活干擾素的啟動(dòng)子而得名，也被稱為跨膜蛋白173、干擾素調(diào)節(jié)因子3的調(diào)控激活因子以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)干擾素刺激蛋白等[1]。人的STING由379個(gè)氨基酸組成，分子量約為42 000，與小鼠STING蛋白相似度約為81%，其N端(1～173)包含5次跨膜結(jié)構(gòu)，C端(174～379)是胞質(zhì)內(nèi)可溶部分即羧基端結(jié)構(gòu)域[2-3]。N端的功能目前尚不清楚，推測(cè)可能與其在細(xì)胞內(nèi)的定位有關(guān)，羧基端結(jié)構(gòu)域可識(shí)別并直接結(jié)合環(huán)二核苷酸，包括環(huán)二鳥苷酸、環(huán)二腺苷酸和環(huán)化鳥苷酸-腺苷酸(cyclic guanosine monophosphate-adenosine monaphosphate，cGAMP)等[2-3]。STING蛋白主要表達(dá)于人的巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞及成纖維細(xì)胞等的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體及微粒體的外膜上[4]。STING作為眾多信號(hào)通路中的一個(gè)中樞免疫分子，通常以二聚體的形式處于自我抑制狀態(tài)，受上游信號(hào)刺激后發(fā)生蛋白構(gòu)型改變，進(jìn)而被活化，繼而引起下游一系列免疫細(xì)胞及炎癥因子的活化與產(chǎn)生，從而促進(jìn)機(jī)體內(nèi)炎癥反應(yīng)的發(fā)生，并產(chǎn)生相應(yīng)的臨床癥狀?，F(xiàn)就STING、相關(guān)的信號(hào)通路及其在機(jī)體炎癥性疾病中的作用進(jìn)行綜述。

1 STING及其相關(guān)信號(hào)通路

固有免疫應(yīng)答是機(jī)體抵御外來病原微生物入侵的第一道防線，該過程主要由表達(dá)于機(jī)體固有免疫細(xì)胞表面的一類能夠直接識(shí)別并結(jié)合病原微生物或宿主凋亡細(xì)胞表面的病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular pattern，PAMP)受體誘導(dǎo)發(fā)生，這類受體被統(tǒng)稱為模式識(shí)別受體，常見的模式識(shí)別受體包括視黃酸誘導(dǎo)基因1樣受體、Toll樣受體、2′-5′-寡腺苷酸合成酶、C型凝集素受體以及核苷酸寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體等[5]。常見的PAMP有兩大類，第一類主要包括細(xì)菌的脂多糖、磷壁酸、肽聚糖、甘露糖以及病原菌的DNA和雙鏈RNA等，統(tǒng)稱為PAMP；另一類主要是自身細(xì)胞、組織或器官受到缺氧、創(chuàng)傷以及應(yīng)激等因素?fù)p傷后釋放到胞外的一些內(nèi)源性物質(zhì)，統(tǒng)稱為損傷相關(guān)分子模式[6]。研究表明，無論是PAMP還是損傷相關(guān)分子模式，只要能被宿主的模式識(shí)別受體識(shí)別，最終都會(huì)通過相關(guān)信號(hào)通路激活下游接頭分子STING，活化后的STING立即發(fā)生構(gòu)象改變，然后通過自噬小體經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體被轉(zhuǎn)運(yùn)到核外周小體上，該過程同時(shí)會(huì)導(dǎo)致STING的泛素化，被泛素化的STING可通過募集TANK結(jié)合激酶1 (TANK binding kinase 1，TBK1)，分別激活下游干擾素調(diào)節(jié)因子3(interferon regulatory factors 3，IRF3)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子6(signal transduction and activator of transcription 6，STAT6)誘導(dǎo)Ⅰ型干擾素和趨化因子配體(chemokine ligand，CCL)2、CCL20等炎癥因子的表達(dá)；另外，STING還可通過調(diào)控核因子κB抑制蛋白激酶(inhibitor of nuclear factor κB kinase，IKK)的活性激活轉(zhuǎn)錄因子核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)，調(diào)控腫瘤壞死因子-α和白細(xì)胞介素-6等炎癥因子的表達(dá)[7-8]。

環(huán)磷酸鳥苷-腺苷合成酶(cyclic guanosine monophosphate-adenosine monaphosphate synthetase,cGAS)屬于Mab-21(male abnormal 21)家族蛋白，包含保守的Mab-21結(jié)構(gòu)域，作為一個(gè)廣譜的胞質(zhì)DNA識(shí)別受體，其可以感知細(xì)胞質(zhì)中的DNA，并以GTP和ATP為原料催化合成cGAMP，cGAMP作為第二信使可以被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面的接頭分子STING識(shí)所別，通過STING-TBK1-IRF3、STING-TBK1-STAT6及STING-IKK-NF-κB等信號(hào)級(jí)聯(lián)效應(yīng)誘導(dǎo)下游相關(guān)免疫細(xì)胞及炎癥因子的活化與產(chǎn)生，促進(jìn)宿主的抗感染免疫效應(yīng)，但同時(shí)也會(huì)加劇機(jī)體的炎癥反應(yīng)性損傷，甚至導(dǎo)致一些自身免疫性疾病的發(fā)生[9-10]。

2 STING與炎癥性疾病

2.1STING與感染性炎癥 STING蛋白在機(jī)體免疫防御中具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，STING基因缺陷小鼠雖然能夠存活，但易感染多種病原微生物，如敲除小鼠胚胎成纖維細(xì)胞、巨噬細(xì)胞或樹突狀細(xì)胞中的STING基因后，分別轉(zhuǎn)染單純皰疹病毒1(herpes simplex virus 1，HSV1)、革蘭陽(yáng)性李斯特菌以及細(xì)菌基因組或質(zhì)粒等均不能有效誘導(dǎo)上述細(xì)胞產(chǎn)生Ⅰ型干擾素[9,11]。采用體外短發(fā)夾RNA對(duì)人單核巨噬細(xì)胞系中的cGAS和STING分別進(jìn)行干擾后，在cGAS或STING表達(dá)受限的情況下，細(xì)胞在受到結(jié)核分枝桿菌感染后，Ⅰ型干擾素的表達(dá)水平明顯下降，該結(jié)論在cGAS或STING基因缺失突變的小鼠體內(nèi)也得到證實(shí)，且結(jié)核分枝桿菌可激活STING相關(guān)自噬過程，通過溶酶體降解途徑清除小鼠體內(nèi)的結(jié)核分枝桿菌；此外，鼠型沙眼衣原體也能激活STING相關(guān)信號(hào)通路，誘導(dǎo)小鼠體內(nèi)抗沙眼衣原體免疫反應(yīng)[12-13]。在慢性乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)感染的小鼠中，cGAS-STING通路可以抑制小鼠肝臟細(xì)胞中HBV的復(fù)制，活化小鼠肝臟細(xì)胞及其周圍浸潤(rùn)的免疫細(xì)胞中的STING蛋白后，小鼠體內(nèi)病毒的復(fù)制明顯被抑制，而敲除肝臟相關(guān)細(xì)胞的STING蛋白后，小鼠體內(nèi)HBV DNA拷貝數(shù)明顯增加[14]；此外，慢性乙型肝炎患者體內(nèi)STING的表達(dá)水平較健康人群低，并與病毒的復(fù)制水平呈負(fù)相關(guān)[15]。

STING不僅在宿主抗雙鏈DNA的微生物感染中發(fā)揮了重要作用，可能也在抗負(fù)鏈或正鏈RNA病毒誘導(dǎo)的機(jī)體免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用。研究表明，下調(diào)胚胎成纖維細(xì)胞中STING蛋白表達(dá)小鼠對(duì)水皰性口炎病毒、仙臺(tái)病毒感染極其敏感[10]。研究顯示，人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)入侵宿主細(xì)胞后，機(jī)體可通過激活cGAS-STING相關(guān)信號(hào)通路，誘導(dǎo)抗HIV免疫效應(yīng)，從而有效抑制宿主體內(nèi)HIV的復(fù)制；但細(xì)胞在STING表達(dá)受限的情況下加入人工合成的雙鏈RNA類似物聚肌胞苷酸后并不影響該細(xì)胞產(chǎn)生Ⅰ型干擾素的能力，且與雙鏈DNA微生物感染相反，RNA病原體不僅沒有明顯地誘導(dǎo)STING依賴的相關(guān)自噬過程，也未明顯激活與其相關(guān)的固有免疫基因的表達(dá)[1,16]。因此，STING對(duì)RNA病毒復(fù)制所發(fā)揮的抗病原體機(jī)制可能與抑制DNA病毒復(fù)制的機(jī)制不同。綜上，STING調(diào)控RNA病毒復(fù)制的機(jī)制還有待進(jìn)一步研究，但STING分子有可能在宿主細(xì)胞中承擔(dān)多種功能，可能包括控制轉(zhuǎn)位子相關(guān)任務(wù)，可能會(huì)影響病毒蛋白翻譯后修飾。

有研究發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠相比，STING基因缺陷型小鼠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)受HSV1感染時(shí)極易引起單純皰疹病毒性腦炎，且缺陷型小鼠極易發(fā)生HSV1靜脈感染，但通過黏膜感染途徑感染的缺陷型和野生型小鼠的存活率并無差異；而在黏膜HSV1感染期間，小鼠體內(nèi)病毒的清除可能并不需要STING的參與，對(duì)Ⅰ型干擾素產(chǎn)生的影響也很小[17-18]。由于人STING基因存在較大的異質(zhì)性和種族差異，因此關(guān)于STING在人體病原微生物入侵過程中的作用仍然需要進(jìn)一步闡明。

2.2STING與非感染性炎癥 心肌梗死時(shí)心肌細(xì)胞內(nèi)源性物質(zhì)的釋放會(huì)激活cGAS-STING信號(hào)通路，誘導(dǎo)大量炎癥細(xì)胞及炎癥因子產(chǎn)生，加劇心肌細(xì)胞壞死，與野生型小鼠相比，缺乏cGAS、STING及IRF3等的心肌梗死小鼠早期存活率顯著提高[19]。STING相關(guān)信號(hào)通路在高糖、高脂飲食誘導(dǎo)小鼠心血管組織炎癥中也發(fā)揮了關(guān)鍵作用，在上述模型中，STING基因缺陷型小鼠的體重增加、心血管炎癥性反應(yīng)、糖耐量降低及胰島素抵抗等得到改善，表明STING也與代謝相關(guān)的炎癥性疾病有關(guān)[20]。

STING通路的激活可能是腎損傷的重要調(diào)控因素。在順鉑誘導(dǎo)的小鼠急性腎損中，順鉑可通過線粒體外膜小管上的Bcl-2樣蛋白4誘導(dǎo)線粒體DNA滲漏到胞質(zhì)中，隨后激活cGAS-STING通路，從而引發(fā)炎癥并加劇小鼠急性腎衰竭，而STING基因缺陷型小鼠這一過程得到改善，且在體外培養(yǎng)的腎小管細(xì)胞中，抑制STING蛋白活性可改善順鉑引起的腎小管細(xì)胞炎癥反應(yīng)[21]。在急性胰腺炎小鼠體內(nèi)，STING相關(guān)信號(hào)通路可以感知小鼠胰腺瀕死腺泡細(xì)胞的DNA，進(jìn)一步促進(jìn)炎癥因子的產(chǎn)生，同時(shí)巨噬細(xì)胞通過高表達(dá)STING蛋白，加重小鼠胰腺的炎癥反應(yīng)[22]。

腸上皮細(xì)胞是分隔腸腔與宿主內(nèi)環(huán)境的生理屏障。STING信號(hào)通路參與了腸道炎癥反應(yīng)和腸上皮細(xì)胞的免疫反應(yīng)，通過促進(jìn)腸上皮細(xì)胞凋亡和破壞腸道屏障導(dǎo)致致命性膿毒血癥，且膿毒血癥患者外周血單個(gè)核細(xì)胞中的STING蛋白的表達(dá)水平明顯上升[23]。在小鼠盲腸結(jié)扎穿孔誘導(dǎo)的膿毒血癥中，小鼠腸道STING信號(hào)通路被顯著激活，而敲除STING基因小鼠腸道炎癥反應(yīng)減輕、腸道通透性減弱，細(xì)菌移位減少，使用黃酮類血管破壞劑5，6-二甲基氧雜蒽-4-乙酸激活小鼠的STING蛋白發(fā)現(xiàn)，小鼠出現(xiàn)了更明顯的腸道細(xì)胞凋亡和更嚴(yán)重的全身免疫炎癥反應(yīng)[24]。

2.3STING與自身免性疾病 通常情況下，自身DNA一方面被嚴(yán)格限制在細(xì)胞核和線粒體內(nèi)，另一方面體內(nèi)的凋亡小體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和內(nèi)體等可通過細(xì)胞DNA酶(DNase)清除自身畸變的DNA，從而避免自身炎癥反應(yīng)的發(fā)生，但是如果自身DNA清除障礙會(huì)造成STING相關(guān)信號(hào)通路的持續(xù)活化，該過程與自身免疫性疾病相關(guān)。有研究表明，在小鼠模型中DNase缺陷或突變與狼瘡樣綜合征密切相關(guān)，且DNaseⅠ缺陷小鼠體內(nèi)會(huì)出現(xiàn)未完全酶切的DNA聚集，可導(dǎo)致小鼠胚胎死亡，同時(shí)此類小鼠出生后會(huì)出現(xiàn)慢性多發(fā)性關(guān)節(jié)炎，這可能由小鼠體內(nèi)未完全酶切的DNA誘發(fā)了高水平的促炎因子所導(dǎo)致，但敲除小鼠體內(nèi)STING基因后未發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象[10,25]。以上研究提示，未完全酶切的DNA可被STING通路識(shí)別而誘發(fā)過度的炎癥反應(yīng)，從而導(dǎo)致小鼠胚胎死亡和慢性多發(fā)性關(guān)節(jié)炎。在HSV-1感染3′-5′核酸外切酶DNaseⅢ缺失的小鼠中，小分子環(huán)肽astin C可特異性抑制cGAS-STING信號(hào)通路及胞質(zhì)DNA所誘發(fā)的炎癥反應(yīng)，顯著降低小鼠自身免疫炎癥反應(yīng)[10]。此外，3′-5′核酸外切酶DNaseⅢ無法降解經(jīng)紫外線照射而突變的DNA，而這類DNA卻可以激活cGAS-STING通路[10]。

研究發(fā)現(xiàn)，干擾素刺激基因誘導(dǎo)活性水平與系統(tǒng)性紅斑狼瘡疾病活性相關(guān)，敲除小鼠的cGAS基因或STING基因發(fā)現(xiàn)干擾素刺激基因誘導(dǎo)活性明顯降低[26]。Kemp等[27]發(fā)現(xiàn)，皮膚角質(zhì)層細(xì)胞經(jīng)紫外線照射后發(fā)生損傷產(chǎn)生的DNA能夠抑制Unc-51樣激酶1的活性，導(dǎo)致STING持續(xù)活化，從而發(fā)生過度的免疫炎癥反應(yīng)，這可能與紫外線誘發(fā)及加劇系統(tǒng)性紅斑狼瘡病情相關(guān)。Aicardi-Goutières綜合征是一種罕見的可遺傳的神經(jīng)系統(tǒng)性疾病，可導(dǎo)致小腦畸形、智力遲鈍和兒童死亡等。有研究顯示，Aicardi-Goutières綜合征是由參與核酸代謝的某些基因(如3′-5′核酸外切酶DNaseⅢ)突變?nèi)笔?，?dǎo)致核酸酶活性降低或喪失，核酸在胞漿內(nèi)嚴(yán)重堆積，從而被STING和DNA依賴的干擾素調(diào)節(jié)因子等識(shí)別感應(yīng)，促使STING-TBK1-IRF3/NF-κB等信號(hào)通路過度活化，最終導(dǎo)致Ⅰ型干擾素水平顯著升高[28]。盡管Ⅰ型干擾素的持續(xù)產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致機(jī)體過度的炎癥反應(yīng)發(fā)生，但STING分子可以直接與干擾素誘導(dǎo)蛋白16相互作用，并通過E3泛素蛋白連接酶三結(jié)構(gòu)域蛋白21-蛋白酶體途徑促進(jìn)干擾素誘導(dǎo)蛋白16降解，負(fù)反饋調(diào)控Ⅰ型干擾素生成，避免嚴(yán)重炎癥反應(yīng)發(fā)生[29]。

據(jù)2014年新英格蘭醫(yī)學(xué)期刊報(bào)道，第5號(hào)染色體的STING編碼基因發(fā)生突變致STING過度活化引起STING相關(guān)嬰兒期起病的血管病，以全身炎癥、外周血管炎、皮膚炎和肺部表現(xiàn)為特征，患者表現(xiàn)為干擾素和干擾素誘導(dǎo)因子水平升高，該發(fā)現(xiàn)為STING相關(guān)嬰兒期起病的血管病的治療提供了一個(gè)新途徑[30]；后續(xù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，STING相關(guān)嬰兒期起病的血管病患者疾病的嚴(yán)重性與STING基因型密切相關(guān)，如HAQ型患者發(fā)病更早、臨床表現(xiàn)更嚴(yán)重[31]。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

起初STING作為一個(gè)免疫炎癥因子而被大量報(bào)道，但隨著研究的不斷深入發(fā)現(xiàn)，STING可能是機(jī)體抗腫瘤免疫中重要的調(diào)節(jié)靶點(diǎn)之一。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，活化的STING信號(hào)通路能抑制骨髓來源的抑制性細(xì)胞的產(chǎn)生，從而有效抑制腫瘤的發(fā)展，且STING的表達(dá)水平與骨髓來源的抑制性細(xì)胞數(shù)量呈負(fù)相關(guān)，高表達(dá)STING患者的臨床預(yù)后更好[32]。STING激動(dòng)劑5，6-二甲基氧雜蒽-4-乙酸能有效誘導(dǎo)小鼠體內(nèi)抗腫瘤免疫應(yīng)答；但也有研究發(fā)現(xiàn)，STING可能也促進(jìn)了小鼠體內(nèi)腫瘤的發(fā)生，人乳頭瘤病毒導(dǎo)致宮頸癌中STING表達(dá)上調(diào)，可能STING并不是對(duì)所有腫瘤都發(fā)揮抑制效應(yīng)[33-35]。總之，STING及其依賴的信號(hào)通路與臨床疾病之間的復(fù)雜關(guān)系還需要不斷研究。STING作為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的一個(gè)重要接頭分子，無論其被誘導(dǎo)還是被抑制，都在機(jī)體抗感染、炎癥反應(yīng)及抗腫瘤等方面都發(fā)揮了重要作用，因此免疫接頭分子STING有可能成為臨床上疾病治療的重要靶點(diǎn)之一。