STING信號通路在腫瘤中的研究進展①

陳仕豪 王 雪 周雪冰 張 鑫 任香善 （延邊大學醫學院病理學教研室腫瘤研究中心，延吉133002）

1 STING的概述

干擾素基因刺激因子（stimulator of interferon genes，STING，也稱MITA、MPYS、ERIS和TMEM173），首次發現于2008 年，是分子量大小為28 kD 的內質網二聚體銜接蛋白，由379個氨基酸構成［1-2］，包括可折疊成4 個跨膜螺旋的N 末端結構域（N-terminal domain，aa 1~154）、中央球狀結構域（central globular domain，aa 155~341）和胞質C末端尾（cytosolic C-terminal tail，aa 342~379）。中央球狀結構域被包含在C末端結構域內（C-terminal domain，aa 140~379），STING 蛋白通過位于其N 末端區域的幾個跨膜結構域錨定于內質網［3-4］。STING 將上游 DNA 傳感器中的信號轉導至下游的信號分子TBK1/IRF3和NF-κB，最終誘導Ⅰ型干擾素（typeⅠinterferons，IFNs）和促炎細胞因子的表達［5-6］（圖1）。因此，STING 不僅可作為先天免疫系統對病毒或細菌感染所產生的IFN起調節作用，還參與誘導抗腫瘤免疫應答。

圖1 STING的結構和相關通路示意圖Fig.1 Schematic diagram of STING structure and related pathways

STING 的刺激物已被證明對于控制抗病毒反應及抗腫瘤適應性免疫至關重要，其激動劑也被廣泛開發作為一類新的癌癥治療劑［7-8］。但STING 對人類腫瘤中的調控知之甚少，了解STING 途徑在癌細胞中的功能可能為有效治療腫瘤提供重要的策略。

2 STING在腫瘤中的雙重作用

STING 常表達在肺、心臟、胸腺、脾臟、卵巢、胎盤和平滑肌等多種組織及各種抗原遞呈細胞中，但在大腦、骨骼肌、小腸、結腸、肝臟和腎臟中的表達較差。The Human Protein Atlas（https：//www. proteinatlas.org）數據庫的數據顯示，STING在不同類型腫瘤中均有表達，但在不同類型和不同階段的腫瘤中表達程度不同（圖2）。研究顯示，STING 在小鼠胰腺癌模型和人胰腺導管腺癌及舌鱗狀細胞癌樣本癌細胞中的表達顯著增加，而在惡性黑素瘤樣本和人乳頭瘤病毒（HPV）陽性低級別鱗狀上皮內瘤中表達下調［9-11］。

圖2 STING 在不同類型腫瘤中的表達概述（摘自HPA 數據庫）Fig.2 Overview of expression of STING in different types of tumors（Extracted from HPA database）

上述研究結果顯示，STING 作為一個銜接蛋白在不同細胞中導致不同的致瘤作用，即使在相同的腫瘤類型中，STING 的作用也因不同的條件而異。一方面，在抗原呈遞細胞和腫瘤細胞中，由cGASSTING 信號傳導途徑捕獲的腫瘤DNA 是抑制炎癥和Ⅰ型IFN 誘導的CD8+T 細胞和NKs 活化所必需的；另一方面，STING-Ⅰ型IFN也會產生下游增殖信號，如STAT1，可支持腫瘤存活。雖然STING在腫瘤中的各種作用在很多文獻中有所研究，但STING 在不同類型腫瘤中的作用仍缺乏全面、詳細的綜述。

2.1 STING 對腫瘤的抑制作用 最近體內外研究表明，STING 可抑制腫瘤的發生，STING 激動劑可通過多種機制抑制動物腫瘤的發展［12］。在實體瘤內注射環化鳥苷酸-腺苷酸（cyclic guanosine monophosphate-adenosine monophosphate，cGAMP）可激活抗腫瘤T 細胞反應，并通過阻斷PD-1 或CTLA-4 來協同免疫治療［13］。腫瘤微環境中CD8+T細胞浸潤與腫瘤預后密切相關［14-15］。實驗證明，在腫瘤細胞的免疫原性檢測和腫瘤特異性CD8+T 細胞活化過程中，Ⅰ型IFN 起橋梁的作用，而腫瘤特異性CD8+T 細胞啟動需要STING 信號傳導［16-17］。實驗顯示，腫瘤來源的DNA 是激活STING 信號通路的最有效部分，特別是樹突狀細胞（dendritic cell，DC）。研究表明，DCs 可通過αXβ2 整合素亞基 CD11c 發揮積極的靶向作用，通過該受體傳遞的DNA 激活胞質cGAS/STING 信號途徑使 DCs 成熟［18-19］。STING 下游信號分子IFN通過調控干擾素刺激基因（interferon stimulated genes，ISGs）的表達直接或間接抑制腫瘤活性［20］。DENG 等［21］研究顯示，輻射誘導的垂死腫瘤釋放的DNA 特異性地激活DC 中的cGAS-STINGIRF3 信號通路，誘導Ⅰ型IFN 產生，從而觸發CD8+T細胞活化，顯著增強了輻射的抗腫瘤作用。腫瘤來源DNA 在細胞質中積累的機制雖仍不清楚，但HO等［22］提出內切核酸酶MUS81 可促進細胞質中DNA的積累。研究發現，從線粒體或細胞核中泄漏的DNA 通常被核酸酶如DNaseⅡ和TREX1（DNaseⅢ）降解，STING 的缺乏將會導致細胞質中DNA 積累，進而引起Ⅰ型IFN 水平增高，導致致命的多器官炎癥和腫瘤的發展［23-24］。

DNA 腫瘤病毒的致癌基因對STING 信號通路有抑制作用。例如，病毒癌基因（如HPVE7 蛋白和腺病毒E1A 等）通過與STING 蛋白直接結合而破壞信號通路。當沉默這些基因時，這一效應則將被逆轉，從另一個角度證明了STING 在腫瘤中的抑制作用［25］。XIA 等［26］研究發現，STING 功能的喪失使黑色素瘤細胞即使被單純皰疹病毒1 型（herpes simplex virus type-1，HSV-1）在內的DNA 病毒感染也無法產生Ⅰ型IFN 和其他免疫細胞因子，因此提高STING 的活性可能會重新激活宿主對逃逸腫瘤細胞的抗腫瘤免疫功能。ANDZINSKI 等［27］證實，不僅抗原呈遞細胞中的cGAS-STING 信號途徑參與，腫瘤細胞中的cGAS-STING 信號傳導也可推動該過程。ZHU 等［28］認為，在結腸癌中 STING 通過控制腸道炎癥的程度來阻止腫瘤的發展，并且轉錄激活因子STAT3 也通過參與STING 信號傳導來抑制腫瘤的形成。

2.2 STING 對腫瘤的促進作用 如上所述，cGASSTING信號通路的激活通過介導先天免疫應答來上調IFN 的產生并發揮抗腫瘤作用。然而，其他研究表明cGAS-STING 信號通路的激活促進腫瘤的發展。

AHN 等［29］認為，cGAS-STING 途徑的長期刺激可能導致炎癥引發的癌變。如致癌物，7，12-二甲基苯并蒽［7，12-dimethylbenz（a）anthracene，DMBA］可通過STING 的活化誘導小鼠DNA 斷裂從而促進皮膚腫瘤發生。宿主cGAS-STING 途徑在誘導Lewis肺癌的腫瘤生長中也有相似的作用［30］。有研究指出，激活 STING 可促進某些類型腫瘤的發展［31-32］。LIANG 等［10］證實，在舌鱗狀細胞癌樣本中，隨著腫瘤的發展，STING的表達增加，人乳頭瘤病毒陽性標本中可見STING 蛋白的活化，而基因沉默STING 并未影響細胞活力或凋亡，只是促進IL-10、IDO 和CCL22 等幾種免疫抑制細胞因子的誘導，從而促進調節性T 細胞浸潤，提示STING 可調節腫瘤微環境而影響腫瘤的進展。Ⅰ型IFN 應答能夠作為刺激腫瘤反應的關鍵誘導劑，且其上游的環狀鳥苷-磷酸（guanosine monophosphate，GMP）-腺苷-磷酸（adenosine monophosphate，AMP）合成酶（cyclic GMPAMP synthase，cGAS）和 STING 也可在特定階段對腫瘤起調控作用。研究證明，在腫瘤微環境中，STING可通過激活IFN/STAT1信號通路提高腫瘤細胞的存活率，在腫瘤免疫逃逸中起重要作用［30］。GASTON 等［33］研究表明，人乳腺癌中 IFN/STAT1 信號通路的激活導致對化療的不敏感，而STING 是乳腺癌細胞系MCF-7 中Ⅰ型IFN/STAT1（signal transduction and activator of transcription 1，STAT1）信號傳導活化所必需的因子，抑制MCF-7 中的STING 可減少細胞活力。

綜上所述，cGAS-STING 信號通路可表現出細胞和背景相關的抗腫瘤和致瘤作用。盡管導致癌細胞中該通路失調的潛在機制尚未明確，但這種改變可能促進腫瘤微環境中的免疫抑制，從而導致腫瘤發生和轉移。因此，在將cGAS-STING 途徑作為治療方法進行靶向之前，必須明確并更好地表征其在不同癌癥中的雙重作用。

3 STING對腫瘤轉移的作用

目前很多研究揭示了STING 在腫瘤遷移和侵襲中的作用，但其作用是促進或抑制，說法不一。JIN 等［34］研究顯示，STING 參與了趨化因子受體-2依賴的單核細胞遷移調控，在李斯特菌感染的STING缺陷小鼠血液中單核細胞趨化蛋白-1（monocyte chemotactic protein，MCP-1）和 MCP-3 的生成減少，單核細胞水平降低，證明STING 可能在誘導免疫細胞遷移中起重要作用。STING 在乳腺癌細胞系MCF-7 中表達下調，而上調STING 表達會導致細胞遷移減少，表明STING 可抑制乳腺癌的遷移和侵襲。 BHATELIA 等［35］和 TORRES 等［36］研 究 表 明 ，STING 上調乳腺癌細胞 NF-κB 水平，導致 caspase-8激活，從而對細胞的遷移能力有負調控作用。SONG 等［37］研究結果發現，幽門螺桿菌感染導致的胃癌組織中的STING 蛋白表達明顯減少，且與腫瘤浸潤及淋巴結轉移密切相關，而STING 基因的沉默會導致胃癌細胞遷移和侵襲能力增強。最近的研究同樣顯示，cGAMP 介導的STING/STAT3 依賴性抗腫瘤免疫下調多種細胞因子進而抑制結腸癌細胞增殖、遷移、侵襲和血管生成［38］。HAGERLING等［39］研究發現，原發性乳腺癌系統性地將產生IFN-γ的免疫效應單核細胞募集到肺中。IFN-γ 上調嗜中性粒細胞的Tmem173/STING 并增強其殺傷能力。免疫效應單核細胞和中性粒細胞殺傷向肺中已擴散的腫瘤細胞，從而防止轉移性生長。

研究表明，cGAS-STING 途徑可通過細胞自主和非自主方式促進腦轉移。星形膠質細胞中STING的激活介導了乳腺癌和肺癌細胞的腦轉移。有趣的是，cGAMP 在癌細胞中產生，腦轉移癌細胞利用癌細胞-星形膠質細胞間縫隙連接的網絡通道將第二信使cGAMP轉移至星形膠質細胞，并激活星形膠質細胞中的STING。STING 激活后會產生IFN-α 和TNF 等炎癥細胞因子，進而激活癌細胞中的STAT1和NF-κB 通路。這些旁分泌作用支持癌細胞的生長并賦予轉移性腦細胞化學抗性［40-41］。cGAS-STING激活還以細胞自主方式介導轉移。在細胞分裂過程中，由于染色體的錯誤分離導致的染色體不穩定（CIN）與人腦細胞轉移密切相關。在轉移模型中，CIN 促進微核形成并激活cGAS-STING 途徑，從而誘導非典型的NF-κB 信號傳導，但不誘導Ⅰ型IFN 信號。CIN 驅動的轉移取決于 STING 和 NF-κB 信號傳導，并與誘導相關上皮到間質轉化和炎癥相關基因的研究［42］。以上研究結果表明，STING 在腫瘤遷移和轉移中的功能可能依賴于腫瘤細胞類型而不同，但其具體機制有待于進一步研究。

4 STING的應用前景

利用患者自身的免疫細胞作為抗癌武器，在腫瘤微環境內恢復免疫功能顯然是極具吸引力的研究，自發現STING 作為先天免疫中病原體的重要傳感器以來，其已成為免疫傳感和控制腫瘤生長的中心途徑，通過腫瘤DNA 的激活，導致T 細胞啟動和浸潤，進而起到抗腫瘤作用［43］。盡管cGAS-STING途徑被認為參與宿主免疫介導的腫瘤控制，但尚不清楚腫瘤來源的DNA 如何傳遞至抗原呈遞細胞，以及DNA 如何從細胞核泄漏到細胞質中以激活cGAS-STING 途徑。更好地了解cGAS-STING 途徑如何介導抗腫瘤作用將有助于STING 激動劑在癌癥治療中的應用。

CHANDRA 等［44］的研究提出，STING 的配體二鳥苷酸［bis-（3'-5'）-cyclic dimeric guanosine monophosphate，c-di-GMP］在乳腺癌轉移動物模型 4T1 小鼠內具有靶向髓樣抑制細胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSC）和腫瘤細胞的作用。低劑量的c-di-GMP 顯著增加了MDSC 產生的IL-12含量，而高劑量組c-di-GMP（范圍0.3~3 mmol/L）在腫瘤細胞中激活caspase-3并直接殺死腫瘤細胞。2018年，葛蘭素史克公司首次合成了強效STING 小分子激動劑［45］，而 2019 年 AGER 等［46］也發現了兩種高效STING 激動劑 IACS-8803 和 IACS-8779，二者在體外激活STING 通路，并在B16 小鼠黑色素瘤模型中表現出了極好的抗腫瘤效應。WU 等［47］研究顯示，受體酪氨酸激酶HER2 有效抑制cGAS-STING 信號傳導并防止癌細胞產生細胞因子，從而減少細胞衰老和凋亡。HER2 與 STING 緊密結合，并募集 AKT1 后直接磷酸化TBK1，從而阻止TBK1-STING 結合和TBK1 K63連接的泛素化，減弱STING 信號傳導。而DNA 感應會強烈激活HER2-AKT1 軸，導致負反饋。因此，HER2-AKT1級聯的遺傳或藥理學靶向作用可增強損傷誘導的細胞衰老和凋亡，提高STING 介導的抗病毒和抗腫瘤免疫力。中國藥科大學王琛教授團隊最新發現了從菊科植物紫菀中分離出的小分子環肽astin C 可特異性抑制cGAS-STING 信號通路及胞質DNA所誘發的炎癥應答［48］。

目前雖有大量關于STING 的研究報道，但仍有很多問題需要解決。首先，目前STING 的很多研究都是在小鼠模型上展開的，但鼠源STING 和人源STING 有差異，鼠源STING 的激動劑如黃酮類化合物 DMXAA 對人源 STING 并沒有激活作用［49］。其次，對于可能與癌癥相關的STING 通路的負性和正性調節因子知之甚少，更好地理解STING 的調控機制可能會幫助解決這些尚未解決的問題［50］。最后，STING 激動劑與DNA 損傷劑聯合使用還有待進一步驗證，因為目前尚不清楚腫瘤細胞對STING 信號通路激活引起的基因毒性應激的抗藥性是否增加。

綜上，STING 介導的信號通路在不同類型腫瘤和不同階段腫瘤中起不同作用。作為固有免疫的重要分子，STING 成為研究人員利用免疫系統對抗腫瘤的重要切入點。鑒于STING 在腫瘤免疫、癌癥及自身免疫性疾病治療的潛在應用前景，我們將拭目以待更有效的STING小分子調節劑的誕生。