STING信号通路在肿瘤中的研究进展①

陈仕豪 王 雪 周雪冰 张 鑫 任香善 （延边大学医学院病理学教研室肿瘤研究中心，延吉133002）

1 STING的概述

干扰素基因刺激因子（stimulator of interferon genes，STING，也称MITA、MPYS、ERIS和TMEM173），首次发现于2008 年，是分子量大小为28 kD 的内质网二聚体衔接蛋白，由379个氨基酸构成［1-2］，包括可折叠成4 个跨膜螺旋的N 末端结构域（N-terminal domain，aa 1~154）、中央球状结构域（central globular domain，aa 155~341）和胞质C末端尾（cytosolic C-terminal tail，aa 342~379）。中央球状结构域被包含在C末端结构域内（C-terminal domain，aa 140~379），STING 蛋白通过位于其N 末端区域的几个跨膜结构域锚定于内质网［3-4］。STING 将上游 DNA 传感器中的信号转导至下游的信号分子TBK1/IRF3和NF-κB，最终诱导Ⅰ型干扰素（typeⅠinterferons，IFNs）和促炎细胞因子的表达［5-6］（图1）。因此，STING 不仅可作为先天免疫系统对病毒或细菌感染所产生的IFN起调节作用，还参与诱导抗肿瘤免疫应答。

图1 STING的结构和相关通路示意图Fig.1 Schematic diagram of STING structure and related pathways

STING 的刺激物已被证明对于控制抗病毒反应及抗肿瘤适应性免疫至关重要，其激动剂也被广泛开发作为一类新的癌症治疗剂［7-8］。但STING 对人类肿瘤中的调控知之甚少，了解STING 途径在癌细胞中的功能可能为有效治疗肿瘤提供重要的策略。

2 STING在肿瘤中的双重作用

STING 常表达在肺、心脏、胸腺、脾脏、卵巢、胎盘和平滑肌等多种组织及各种抗原递呈细胞中，但在大脑、骨骼肌、小肠、结肠、肝脏和肾脏中的表达较差。The Human Protein Atlas（https：//www. proteinatlas.org）数据库的数据显示，STING在不同类型肿瘤中均有表达，但在不同类型和不同阶段的肿瘤中表达程度不同（图2）。研究显示，STING 在小鼠胰腺癌模型和人胰腺导管腺癌及舌鳞状细胞癌样本癌细胞中的表达显著增加，而在恶性黑素瘤样本和人乳头瘤病毒（HPV）阳性低级别鳞状上皮内瘤中表达下调［9-11］。

图2 STING 在不同类型肿瘤中的表达概述（摘自HPA 数据库）Fig.2 Overview of expression of STING in different types of tumors（Extracted from HPA database）

上述研究结果显示，STING 作为一个衔接蛋白在不同细胞中导致不同的致瘤作用，即使在相同的肿瘤类型中，STING 的作用也因不同的条件而异。一方面，在抗原呈递细胞和肿瘤细胞中，由cGASSTING 信号传导途径捕获的肿瘤DNA 是抑制炎症和Ⅰ型IFN 诱导的CD8+T 细胞和NKs 活化所必需的；另一方面，STING-Ⅰ型IFN也会产生下游增殖信号，如STAT1，可支持肿瘤存活。虽然STING在肿瘤中的各种作用在很多文献中有所研究，但STING 在不同类型肿瘤中的作用仍缺乏全面、详细的综述。

2.1 STING 对肿瘤的抑制作用 最近体内外研究表明，STING 可抑制肿瘤的发生，STING 激动剂可通过多种机制抑制动物肿瘤的发展［12］。在实体瘤内注射环化鸟苷酸-腺苷酸（cyclic guanosine monophosphate-adenosine monophosphate，cGAMP）可激活抗肿瘤T 细胞反应，并通过阻断PD-1 或CTLA-4 来协同免疫治疗［13］。肿瘤微环境中CD8+T细胞浸润与肿瘤预后密切相关［14-15］。实验证明，在肿瘤细胞的免疫原性检测和肿瘤特异性CD8+T 细胞活化过程中，Ⅰ型IFN 起桥梁的作用，而肿瘤特异性CD8+T 细胞启动需要STING 信号传导［16-17］。实验显示，肿瘤来源的DNA 是激活STING 信号通路的最有效部分，特别是树突状细胞（dendritic cell，DC）。研究表明，DCs 可通过αXβ2 整合素亚基 CD11c 发挥积极的靶向作用，通过该受体传递的DNA 激活胞质cGAS/STING 信号途径使 DCs 成熟［18-19］。STING 下游信号分子IFN通过调控干扰素刺激基因（interferon stimulated genes，ISGs）的表达直接或间接抑制肿瘤活性［20］。DENG 等［21］研究显示，辐射诱导的垂死肿瘤释放的DNA 特异性地激活DC 中的cGAS-STINGIRF3 信号通路，诱导Ⅰ型IFN 产生，从而触发CD8+T细胞活化，显著增强了辐射的抗肿瘤作用。肿瘤来源DNA 在细胞质中积累的机制虽仍不清楚，但HO等［22］提出内切核酸酶MUS81 可促进细胞质中DNA的积累。研究发现，从线粒体或细胞核中泄漏的DNA 通常被核酸酶如DNaseⅡ和TREX1（DNaseⅢ）降解，STING 的缺乏将会导致细胞质中DNA 积累，进而引起Ⅰ型IFN 水平增高，导致致命的多器官炎症和肿瘤的发展［23-24］。

DNA 肿瘤病毒的致癌基因对STING 信号通路有抑制作用。例如，病毒癌基因（如HPVE7 蛋白和腺病毒E1A 等）通过与STING 蛋白直接结合而破坏信号通路。当沉默这些基因时，这一效应则将被逆转，从另一个角度证明了STING 在肿瘤中的抑制作用［25］。XIA 等［26］研究发现，STING 功能的丧失使黑色素瘤细胞即使被单纯疱疹病毒1 型（herpes simplex virus type-1，HSV-1）在内的DNA 病毒感染也无法产生Ⅰ型IFN 和其他免疫细胞因子，因此提高STING 的活性可能会重新激活宿主对逃逸肿瘤细胞的抗肿瘤免疫功能。ANDZINSKI 等［27］证实，不仅抗原呈递细胞中的cGAS-STING 信号途径参与，肿瘤细胞中的cGAS-STING 信号传导也可推动该过程。ZHU 等［28］认为，在结肠癌中 STING 通过控制肠道炎症的程度来阻止肿瘤的发展，并且转录激活因子STAT3 也通过参与STING 信号传导来抑制肿瘤的形成。

2.2 STING 对肿瘤的促进作用 如上所述，cGASSTING信号通路的激活通过介导先天免疫应答来上调IFN 的产生并发挥抗肿瘤作用。然而，其他研究表明cGAS-STING 信号通路的激活促进肿瘤的发展。

AHN 等［29］认为，cGAS-STING 途径的长期刺激可能导致炎症引发的癌变。如致癌物，7，12-二甲基苯并蒽［7，12-dimethylbenz（a）anthracene，DMBA］可通过STING 的活化诱导小鼠DNA 断裂从而促进皮肤肿瘤发生。宿主cGAS-STING 途径在诱导Lewis肺癌的肿瘤生长中也有相似的作用［30］。有研究指出，激活 STING 可促进某些类型肿瘤的发展［31-32］。LIANG 等［10］证实，在舌鳞状细胞癌样本中，随着肿瘤的发展，STING的表达增加，人乳头瘤病毒阳性标本中可见STING 蛋白的活化，而基因沉默STING 并未影响细胞活力或凋亡，只是促进IL-10、IDO 和CCL22 等几种免疫抑制细胞因子的诱导，从而促进调节性T 细胞浸润，提示STING 可调节肿瘤微环境而影响肿瘤的进展。Ⅰ型IFN 应答能够作为刺激肿瘤反应的关键诱导剂，且其上游的环状鸟苷-磷酸（guanosine monophosphate，GMP）-腺苷-磷酸（adenosine monophosphate，AMP）合成酶（cyclic GMPAMP synthase，cGAS）和 STING 也可在特定阶段对肿瘤起调控作用。研究证明，在肿瘤微环境中，STING可通过激活IFN/STAT1信号通路提高肿瘤细胞的存活率，在肿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 信号通路的激活导致对化疗的不敏感，而STING 是乳腺癌细胞系MCF-7 中Ⅰ型IFN/STAT1（signal transduction and activator of transcription 1，STAT1）信号传导活化所必需的因子，抑制MCF-7 中的STING 可减少细胞活力。

综上所述，cGAS-STING 信号通路可表现出细胞和背景相关的抗肿瘤和致瘤作用。尽管导致癌细胞中该通路失调的潜在机制尚未明确，但这种改变可能促进肿瘤微环境中的免疫抑制，从而导致肿瘤发生和转移。因此，在将cGAS-STING 途径作为治疗方法进行靶向之前，必须明确并更好地表征其在不同癌症中的双重作用。

3 STING对肿瘤转移的作用

目前很多研究揭示了STING 在肿瘤迁移和侵袭中的作用，但其作用是促进或抑制，说法不一。JIN 等［34］研究显示，STING 参与了趋化因子受体-2依赖的单核细胞迁移调控，在李斯特菌感染的STING缺陷小鼠血液中单核细胞趋化蛋白-1（monocyte chemotactic protein，MCP-1）和 MCP-3 的生成减少，单核细胞水平降低，证明STING 可能在诱导免疫细胞迁移中起重要作用。STING 在乳腺癌细胞系MCF-7 中表达下调，而上调STING 表达会导致细胞迁移减少，表明STING 可抑制乳腺癌的迁移和侵袭。 BHATELIA 等［35］和 TORRES 等［36］研 究 表 明 ，STING 上调乳腺癌细胞 NF-κB 水平，导致 caspase-8激活，从而对细胞的迁移能力有负调控作用。SONG 等［37］研究结果发现，幽门螺杆菌感染导致的胃癌组织中的STING 蛋白表达明显减少，且与肿瘤浸润及淋巴结转移密切相关，而STING 基因的沉默会导致胃癌细胞迁移和侵袭能力增强。最近的研究同样显示，cGAMP 介导的STING/STAT3 依赖性抗肿瘤免疫下调多种细胞因子进而抑制结肠癌细胞增殖、迁移、侵袭和血管生成［38］。HAGERLING等［39］研究发现，原发性乳腺癌系统性地将产生IFN-γ的免疫效应单核细胞募集到肺中。IFN-γ 上调嗜中性粒细胞的Tmem173/STING 并增强其杀伤能力。免疫效应单核细胞和中性粒细胞杀伤向肺中已扩散的肿瘤细胞，从而防止转移性生长。

研究表明，cGAS-STING 途径可通过细胞自主和非自主方式促进脑转移。星形胶质细胞中STING的激活介导了乳腺癌和肺癌细胞的脑转移。有趣的是，cGAMP 在癌细胞中产生，脑转移癌细胞利用癌细胞-星形胶质细胞间缝隙连接的网络通道将第二信使cGAMP转移至星形胶质细胞，并激活星形胶质细胞中的STING。STING 激活后会产生IFN-α 和TNF 等炎症细胞因子，进而激活癌细胞中的STAT1和NF-κB 通路。这些旁分泌作用支持癌细胞的生长并赋予转移性脑细胞化学抗性［40-41］。cGAS-STING激活还以细胞自主方式介导转移。在细胞分裂过程中，由于染色体的错误分离导致的染色体不稳定（CIN）与人脑细胞转移密切相关。在转移模型中，CIN 促进微核形成并激活cGAS-STING 途径，从而诱导非典型的NF-κB 信号传导，但不诱导Ⅰ型IFN 信号。CIN 驱动的转移取决于 STING 和 NF-κB 信号传导，并与诱导相关上皮到间质转化和炎症相关基因的研究［42］。以上研究结果表明，STING 在肿瘤迁移和转移中的功能可能依赖于肿瘤细胞类型而不同，但其具体机制有待于进一步研究。

4 STING的应用前景

利用患者自身的免疫细胞作为抗癌武器，在肿瘤微环境内恢复免疫功能显然是极具吸引力的研究，自发现STING 作为先天免疫中病原体的重要传感器以来，其已成为免疫传感和控制肿瘤生长的中心途径，通过肿瘤DNA 的激活，导致T 细胞启动和浸润，进而起到抗肿瘤作用［43］。尽管cGAS-STING途径被认为参与宿主免疫介导的肿瘤控制，但尚不清楚肿瘤来源的DNA 如何传递至抗原呈递细胞，以及DNA 如何从细胞核泄漏到细胞质中以激活cGAS-STING 途径。更好地了解cGAS-STING 途径如何介导抗肿瘤作用将有助于STING 激动剂在癌症治疗中的应用。

CHANDRA 等［44］的研究提出，STING 的配体二鸟苷酸［bis-（3'-5'）-cyclic dimeric guanosine monophosphate，c-di-GMP］在乳腺癌转移动物模型 4T1 小鼠内具有靶向髓样抑制细胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSC）和肿瘤细胞的作用。低剂量的c-di-GMP 显著增加了MDSC 产生的IL-12含量，而高剂量组c-di-GMP（范围0.3~3 mmol/L）在肿瘤细胞中激活caspase-3并直接杀死肿瘤细胞。2018年，葛兰素史克公司首次合成了强效STING 小分子激动剂［45］，而 2019 年 AGER 等［46］也发现了两种高效STING 激动剂 IACS-8803 和 IACS-8779，二者在体外激活STING 通路，并在B16 小鼠黑色素瘤模型中表现出了极好的抗肿瘤效应。WU 等［47］研究显示，受体酪氨酸激酶HER2 有效抑制cGAS-STING 信号传导并防止癌细胞产生细胞因子，从而减少细胞衰老和凋亡。HER2 与 STING 紧密结合，并募集 AKT1 后直接磷酸化TBK1，从而阻止TBK1-STING 结合和TBK1 K63连接的泛素化，减弱STING 信号传导。而DNA 感应会强烈激活HER2-AKT1 轴，导致负反馈。因此，HER2-AKT1级联的遗传或药理学靶向作用可增强损伤诱导的细胞衰老和凋亡，提高STING 介导的抗病毒和抗肿瘤免疫力。中国药科大学王琛教授团队最新发现了从菊科植物紫菀中分离出的小分子环肽astin C 可特异性抑制cGAS-STING 信号通路及胞质DNA所诱发的炎症应答［48］。

目前虽有大量关于STING 的研究报道，但仍有很多问题需要解决。首先，目前STING 的很多研究都是在小鼠模型上展开的，但鼠源STING 和人源STING 有差异，鼠源STING 的激动剂如黄酮类化合物 DMXAA 对人源 STING 并没有激活作用［49］。其次，对于可能与癌症相关的STING 通路的负性和正性调节因子知之甚少，更好地理解STING 的调控机制可能会帮助解决这些尚未解决的问题［50］。最后，STING 激动剂与DNA 损伤剂联合使用还有待进一步验证，因为目前尚不清楚肿瘤细胞对STING 信号通路激活引起的基因毒性应激的抗药性是否增加。

综上，STING 介导的信号通路在不同类型肿瘤和不同阶段肿瘤中起不同作用。作为固有免疫的重要分子，STING 成为研究人员利用免疫系统对抗肿瘤的重要切入点。鉴于STING 在肿瘤免疫、癌症及自身免疫性疾病治疗的潜在应用前景，我们将拭目以待更有效的STING小分子调节剂的诞生。