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，最終介導抗病毒/腫瘤免疫反應。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域內(nèi)懸而未決的重要科學問題。

2021年4月14日，北京大學生命科學學院蔣爭凡實驗室在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巧妙地利用了STING自激活突變體誘導細胞死亡的特性，進行了基于CRISPR–Cas9介導的全基因組篩選，發(fā)現(xiàn)多個參與硫sGAGs合成的關鍵基因被高度富集（圖1）。這些sGAGs合成關鍵基因的敲除使細胞喪失了對STING的反應性。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STING全長蛋白發(fā)生多聚體化并誘導激酶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功能研究空白，揭示了生物多糖在細胞內(nèi)的關鍵免疫學功能，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。

北京大學生命科學學院博士后方潤和2015級博士生蔣啟飛為該文章的共同第一作者，生命科學學院/北大-清華生命科學聯(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基金委、科技部國家重點基礎研究項目、北京大學“細胞增殖與分化”教育部重點實驗室及“北大-清華生命科學聯(lián)合中心”的資助。

來源：北京大學