cGAS-STING通路在慢性肝病中的作用机制与治疗前景（一）

摘要：环状GMP-AMP合成酶（cGAS）和干扰素基因刺激蛋白（STING）的信号通路负责检测细胞内DNA并触发先天免疫反应，近年来已成为肝脏疾病、尤其是其发病机制和特定治疗方面的关键因素。鉴于cGAS-STING通路在肝脏疾病中的广泛参与，已成为探索新型治疗策略的

环状GMP-AMP合成酶（cGAS）和干扰素基因刺激蛋白（STING）的信号通路负责检测细胞内DNA并触发先天免疫反应，近年来已成为肝脏疾病、尤其是其发病机制和特定治疗方面的关键因素。鉴于cGAS-STING通路在肝脏疾病中的广泛参与，已成为探索新型治疗策略的重要靶点。通过靶向抑制STING活性、阻断其下游信号转导或调节通路相关分子的表达，有可能通过减少肝脏炎症、抑制纤维化进展和保护肝细胞免受严重损伤的方式提供有效治疗。西安医学院第一附属医院孙超主任团队近日在The FASEB Journal上发表一篇综述性文章，系统地总结了cGAS-STING通路在慢性肝病中的作用机制，并对其治疗前景进行了展望。

cGAS-STING信号通路在先天免疫反应中占据关键地位，介导细胞对细胞质内异常存在的双链DNA（dsDNA）的识别和应答。cGAS是一种细胞质DNA传感器，能够识别外源性和异常的细胞质DNA。与双链DNA相互作用后，cGAS发生结构转变，进而被激活。激活的cGAS利用ATP和GTP促进第二信使cGAMP的生成，从而触发cGAS-STING信号级联反应的启动。合成的cGAMP迅速在细胞内扩散，并与嵌入内质网（ER）膜的跨膜蛋白STING结合。STING的胞质配体结合域与cGAMP结合后，其构象发生改变并被激活。激活的STING发生寡聚化，形成大的点状结构。随后，STING从ER转位至高尔基体，在此过程中，它与TBK1结合，最终增强下游信号通路的激活。TBK1进一步磷酸化IRF3，使其激活并二聚化。磷酸化且二聚化的IRF3进入细胞核，与IFN基因的启动子区域结合，促进如IFN-β等转录。STING还能与由IKKα、IKKβ和IKKε组成的IκB激酶（IKK）复合物相互作用。IKKε协同磷酸化IRF3和TBK1，而IKKβ和IKKα则激活核因子κB（NF-κB）。NF-κB二聚体转位至细胞核，促进多功能促炎因子如白细胞介素（IL）-6和肿瘤坏死因子（TNF）-α的生成，从而引发与抗病毒和抗肿瘤反应相关的免疫应答（图1）。

图1. 不同肝脏免疫细胞中的cGAS-STING信号通路

代谢相关脂肪性肝病（MASLD，既往称为非酒精性脂肪性肝病）是慢性肝病的主要病因，其特征为肝脏脂肪变性以及包括胰岛素抵抗、慢性广泛炎症和氧化应激在内的致病改变。近年来，研究发现cGAS-STING信号通路与MASLD的发生、演变和进展密切相关。STING主要存在于巨噬细胞中，包括单核细胞来源的巨噬细胞（MoMFs，如CCR2和S100A9巨噬细胞）、CD68和CD163巨噬细胞。在一项纳入98例MASLD患者的研究中，发现STING/CCR2和STING/S100A9巨噬细胞数量增加，且与进展为代谢相关脂肪性肝炎（MASH）患者的炎症和纤维化程度呈正相关。此外，在晚期MASH纤维化患者中，STING/CD68和STING/CD163巨噬细胞数量也升高，与肝纤维化进展一致。在另一项纳入不同组织学阶段MASLD女性患者的研究中，发现肝脏STING的mRNA和蛋白质表达显著增加，且在脂肪变性阶段更为明显。对MASH患者肝组织进行的单细胞核测序分析也显示，与健康对照组相比，免疫细胞和肝星状细胞中STING表达明显更高。大量研究表明，STING信号通路可能通过加剧肝脏炎症、脂质代谢紊乱、细胞凋亡以及胰岛素抵抗，参与MASLD和/或MASH的发展（图2）。

图2. 代谢相关脂肪性肝病中的cGAS - STING信号通路

炎症不仅是MASLD发病机制的基础，还会促进其向MASH的病理转变。cGAS-STING通路影响炎症活动，可能对MASLD/MASH的进展有重要贡献。在这方面，受外源性cGAMP刺激的骨髓细胞来源的巨噬细胞（BMDM）会刺激IFN-β的产生，并增强促炎反应。然而，用外源性cGAMP处理小鼠BMDM时，由于STING被破坏，可显著减弱脂多糖对巨噬细胞促炎激活的刺激作用。研究表明，在高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型中，STING的激活会显著加剧肝脏和脂肪组织中的胰岛素抵抗。这一过程部分是通过激活TBK1和IKKε激酶实现的，这些激酶随后会抑制胰岛素受体底物的磷酸化，从而阻碍胰岛素信号的正常传递。MASH小鼠的细胞质中线粒体DNA（mtDNA）含量显著升高，介导肝脏巨噬细胞STING通路相关的NF-κB激活，进而导致TNF-α和IL-6的表达。X盒结合蛋白1（XBP1）是ER应激的关键组成部分，它通过激活NLRP3/caspase 1/GSDMD信号通路，促进肝细胞中mtDNA的释放，从而利用巨噬细胞来源的STING信号通路。肠道菌群失调也参与MASLD的发病机制。微生物群会影响肠道通透性，其调节失衡会促进炎症物质通过门静脉运输到肝组织，塑造有利于MASLD的微环境。属于免疫球蛋白超家族的补体受体（CRIg+）巨噬细胞可通过补体C3清除含有肠道微生物DNA、进入血液的外泌体。然而，肥胖会导致这些巨噬细胞数量减少，使外泌体扩散到肝脏并激活cGAS-STING通路。肝细胞中p62包涵体的形成可作为区分MASLD和MASH的生物标志物。相应地，cGAS-STING诱导TBK1激活，随后TBK1介导的p62磷酸化会促进肝细胞中泛素-p62聚集物的形成，也会加剧小鼠模型中的MASH。

MASLD的标志是肝细胞实质中脂滴（LD）的蓄积。已有研究观察到，给予棕榈酸可诱导mtDNA的释放以及cGAS-STING-IRF3通路的激活，且与失调的Hippo-Yes相关蛋白（YAP）通路密切相关。在高脂饮食诱导的MASH小鼠模型中，已有研究报道了肝脏巨噬细胞中STING和YAP通路的激活。髓系特异性STING敲低增强YAP活性，YAP靶向跨膜蛋白205并激活腺苷酸活化蛋白激酶α。它与肝细胞有丝分裂原融合蛋白2相互作用，诱导活性蛋白二硫键异构酶产生，该酶负责脂滴自噬以减少脂质蓄积。脂肪酸/甾醇稳态的平衡受多种转录因子调节，如甾醇调节元件结合蛋白（SREBP）1和SREBP2。ER来源的SREBPs向高尔基体的转运依赖于它们与SREBP切割激活蛋白（SCAP）的相互作用。这种作用会增加SREBP-1c水平，降低脂解酶过氧化物酶体增殖物激活受体α的表达，从而减弱人源肝细胞系L-O2的脂质蓄积。高脂高胆固醇饮食伴随巨噬细胞SCAP的异常上调，其将STING和TBK1招募至高尔基体并促进NF-κB通路的激活，最终促进肝脏脂质摄取和合成。此外，STING1依赖的选择性自噬剪接蛋白1刺激雷帕霉素靶蛋白激酶复合物1的激活，超越脂滴降解作用。重组脂肪酸结合蛋白（FABP）5是一种在T细胞中表达的脂质伴侣蛋白，能够摄取脂肪酸并转运细胞内脂质。抑制FABP5功能可诱导mtDNA释放以及cGAS-STING通路的激活，此过程依赖于IFN信号传导来触发IL-10的产生和调节性T细胞（Treg）的抑制活性。据报道，果蝇STING与脂质合成酶乙酰辅酶A羧化酶和脂肪酸合成酶相互作用，其缺失会导致乙酰辅酶A羧化酶定位破坏以及脂肪酸合成酶活性丧失，最终抑制脂质合成并促进脂解。进一步研究揭示了STING与脂质代谢之间的复杂相互作用。Vila等人的研究发现，STING通过抑制脂肪酸去饱和酶2（FADS2）的活性来减少多不饱和脂肪酸（PUFAs）的合成。这些脂肪酸在调节炎症和代谢稳态中起着至关重要的作用。PUFAs缺乏可能导致代谢紊乱和炎症加剧，从而促进MASLD的发展。此外，STING的激活还以cGAS依赖的方式影响脂肪酸代谢，进一步凸显了其在脂质代谢和炎症调节中的双重作用。

在MASLD的背景下，多种因素可引发细胞凋亡，包括脂毒性、氧化应激和细胞因子风暴。细胞凋亡经由线粒体途径发生，即受到刺激后，线粒体通透性转换孔打开，导致促凋亡蛋白（如细胞色素C和凋亡蛋白酶激活因子-1）释放到细胞质中，进而激活caspase家族蛋白。IRF3可通过其BH3结构域直接与B细胞淋巴瘤-2（Bcl2）相关X蛋白（BAX）发生反应。在高饱和脂肪酸饮食喂养的小鼠以及经脂肪酸处理的L-O2细胞中，均观察到STING和IRF3的富集。抑制STING通路可导致下游凋亡信号显著下调，包括BAX/Bcl2、clv-Caspase3/Caspase 3以及裂解的多聚ADP核糖聚合酶（clv-PARP）/PARP。同样，另一项研究表明，急性四氯化碳（CCl4）损伤会导致线粒体IRF3磷酸化，随后其与BAX结合，进而增强负责肝细胞凋亡的Caspase8和Caspase 3的产生。

STING还可通过引发胰岛素抵抗来影响MASLD；阻碍胰岛素信号通路，并加剧胰腺β细胞的衰老和凋亡。髓系特异性STING的破坏可缓解胰岛素抵抗。肝实质中过度的异位脂质沉积可激活cGAS-STING信号通路，而TNF-α/IL-6可通过PKC/JNK/NF-κB通路触发强烈的炎症级联反应。这种炎症反应进一步加剧胰岛素抵抗，因为TNF-α和IL-6等细胞因子可干扰胰岛素信号转导，降低组织对胰岛素的敏感性。此外，脂肪组织特异性敲除氧化还原酶样蛋白会导致mtDNA大量释放，调控cGAS-STING通路，从而加剧肥胖诱导的胰岛素抵抗。具体而言，DsbA-L的缺失会损害线粒体功能，导致mtDNA泄漏到细胞质中，激活cGAS-STING通路，引发慢性无菌性炎症，进而促进胰岛素抵抗的发展。然而，STING缺乏可使高脂饮食诱导的外周组织（包括脂肪组织和肝组织）中的胰岛素抵抗和葡萄糖不耐受得到广泛缓解。此外，β细胞中STING功能受损会降低关键转录因子Pax6的表达，并对其与核靶基因启动子的结合产生不利影响，最终导致葡萄糖刺激的胰岛素分泌。cGAS-STING-TBK1通路的激活会增强胰腺β细胞中衰老相关分泌表型的产生，而STING抑制剂C176可干预减轻胰腺β细胞衰老和胰岛素抵抗。最后，STING-IRF3通路的激活意味着胰腺β细胞中的炎症活动，并通过增加BAX、caspase-3和PARP等蛋白的表达诱导其凋亡。

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