cGAS是胞質(zhì)內(nèi)雙鏈DNA或Mn²⁺的受體，也是一個二核苷酸環(huán)化酶，被DNA和/或Mn²⁺激活后利用細胞質(zhì)中的ATP和GTP合成第二信使2’3’-cGAMP，后者進一步激活STING，最終介導(dǎo)抗病毒/腫瘤免疫反應(yīng)。而Mn²⁺激活的cGAS以一種更高效路徑合成2’3’-cGAMP，Mn²⁺單獨使用或與PD-1抗體聯(lián)合使用（錳免療法）可顯著增強腫瘤治療效果。cGAMP與STING結(jié)合后，STING需要從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)移到高爾基體才能夠被活化。但為什么STING活化必需從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)位至高爾基體一直是領(lǐng)域內(nèi)懸而未決的重要科學(xué)問題。

2021年4月14日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院蔣爭凡實驗室在Immunity上以research article形式在線發(fā)表了STING為什么需要進行高爾基體轉(zhuǎn)運的機制研究“Golgi-synthesized sulfated glycosaminoglycans mediate polymerization and activation of the cGAMP sensor STING”，報道高爾基體內(nèi)合成的硫酸化糖胺聚糖（sGAGs）作為STING共配體介導(dǎo)STING在高爾基體的活化。在本研究中，蔣爭凡實驗室的方潤博士和蔣啟飛同學(xué)巧妙地利用了STING自激活突變體誘導(dǎo)細胞死亡的特性，進行了基于CRISPR–Cas9介導(dǎo)的全基因組篩選，發(fā)現(xiàn)多個參與硫sGAGs合成的關(guān)鍵基因被高度富集（圖1）。這些sGAGs合成關(guān)鍵基因的敲除使細胞喪失了對STING的反應(yīng)性。隨后，他們通過構(gòu)建基因敲除細胞，證明高爾基體內(nèi)sGAGs缺失嚴重削弱cGAS-STING通路的激活。STING和sGAGs核心蛋白SRGN存在DNA病毒誘導(dǎo)的共定位和相互作用。體外實驗表明STING和肝素存在直接的相互作用，cGAMP促進STING肝素結(jié)合。位于STING第一和第二跨膜區(qū)間的三個正電氨基酸殘基參與結(jié)合硫酸化糖胺聚糖；而回復(fù)三個正電氨基酸中的任意一個都可使完全沒有活性的突變體恢復(fù)部分功能。將它們突變?yōu)殡娦愿鼜姷陌被釀t更強激活STING。各種STING突變體與SRGN的相互作用強度和這些突變體的活性有非常一致的相關(guān)性；引入額外帶正電的精氨酸則會使STING組成性地結(jié)合sGAGs而發(fā)生自激活（圖2）。這些結(jié)果表明sGAGs和STING的結(jié)合能力是決定STING能否激活及激活強度的決定因素之一。

在體外，多種sGAGs可誘導(dǎo)STING全長蛋白發(fā)生多聚體化并誘導(dǎo)激酶TBK1的活化，其中硫酸肝素（HS）和肝素（Hp）的激活效果最佳（圖2）。硫酸化糖胺聚糖激活STING是糖鏈長度依賴的，最短由四個單糖形成的糖鏈即具有激活STING的能力，并且這種激活依賴于糖鏈上的O-位硫酸化修飾。更為重要的是，sGAGs介導(dǎo)STING激活的機制在進化上高度保守。小鼠實驗表明sGAGs的合成對于抵抗DNA病毒感染十分關(guān)鍵。

該研究發(fā)現(xiàn)STING活化需要二類配體。第一類配體是環(huán)化二核苷酸，與STING細胞質(zhì)一側(cè)的環(huán)化二核苷酸結(jié)合區(qū)域結(jié)合并導(dǎo)致STING轉(zhuǎn)位至高爾基體；第二類配體是sGAGs，與STING高爾基體內(nèi)一側(cè)的正電荷（極性）氨基酸結(jié)合，像鉸鏈一樣引發(fā)STING的多聚化，進而招募并促進TBK1的自磷酸化及下游通路活化（圖3）。該發(fā)現(xiàn)也揭開了“為什么STING必需去高爾基體活化”這一重要的謎題，有望打通STING活化的“最后一公里”。此外，該研究還填補了胞內(nèi)硫酸化糖胺聚糖的生理學(xué)功能研究空白，揭示了生物多糖在細胞內(nèi)的關(guān)鍵免疫學(xué)功能，為未來生物多糖在抗病毒、抗腫瘤的臨床實踐提供新的線索。

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后方潤和2015級博士生蔣啟飛為該文章的共同第一作者，生命科學(xué)學(xué)院/北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的蔣爭凡教授為通訊作者。本研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部國家重點基礎(chǔ)研究項目、北京大學(xué)“細胞增殖與分化”教育部重點實驗室及“北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心”的資助。

來源：北京大學(xué)