“百年老藥”阿司匹林參與干擾素通路的調控功能與機制

　　2013年，美國德克薩斯大學西南醫學中心的陳志堅教授在Science同期發表兩篇研究論著，首次報道cGAS-STING通路以cGAMP為第二信使參與胞質內識別DNA病毒感染的固有免疫功能【1, 2】。隨后，關于cGAS-STING通路的研究成為免疫領域的熱點之一。

cGAS-STING Pathway

　　cGAS（cyclic GMP–AMP synthase）是胞質內環狀GMP-AMP合成酶，其可識別胞質內DNA發生活化，產生2’,3’-cGAMP以激活STING（stimulator of interferon genes），繼而激活干擾素IFN表達發揮抗病毒作用。

　　在去年12月，軍事醫學研究院國家生物醫學分析中心張學敏/李濤團隊在Nature Immunology上發表了題為G3BP1 promotes DNA binding and activation of cGAS的研究論文【3】，首次發現G3BP1可參與調控cGAS，并發現一種來自綠茶的天然小分子化合物EGCG可以抑制G3BP1與cGAS的結合，從而抑制cGAS激活。（詳見：Nat Immu丨張學敏/李濤合作組揭示綠茶提取物EGCG抑制cGAS激活的機理）

　　2月21日，張學敏/李濤團隊在Cell發表題為Acetylation Blocks cGAS Activity and Inhibits Self-DNA-Induced Autoimmunity的研究論文，首次揭示cGAS的乙酰化修飾可抑制其酶活性，進而抑制下游干擾素通路。且該乙酰化可受阿司匹林（乙酰水楊酸）作用產生，這也是首次發現“百年老藥”阿司匹林參與干擾素通路的調控的功能和具體機制。

　　研究人員首先通過質譜檢測技術鑒定到未活化狀態下cGAS的六個乙酰化修飾位點（K7, K50, K384, K392, K394和K414）。在HEK-293T細胞中對乙酰化模擬突變（K-to-Q）的cGAS進行功能測試，發現其中三處位點突變可明顯抑制cGAS活性（K384, K394 or K414）。研究人員隨后引入了定點乙酰化蛋白質純化技術，在細菌中合成特定位點乙酰化的cGAS重組蛋白質，通過體外cGAMP合成實驗驗證并評價了乙酰化修飾對cGAS活性的抑制作用。進一步的研究揭示，當細胞在靜息狀態，乙酰化修飾有助于維持cGAS處于相對低活性狀態，而當細胞遭遇胞質DNA刺激時，cGAS發生去乙酰化并激活。研究人員進一步鑒定并驗證HDAC3參與了去乙酰化過程。

　　阿司匹林（乙酰水楊酸）是最為經典的非甾體消炎藥，既往研究已發現阿司匹林處理可乙酰化修飾蛋白【4, 5】。為探究阿司匹林是否可以調控cGAS乙酰化，通過質譜和色譜分析技術、同位素標記的阿司匹林以及特異位點乙酰化的cGAS抗體等，研究人員驗證了阿司匹林對cGAS的直接乙酰化和抑制作用。

圖片引自：https://www.medicalnewstoday.com/articles/301766.php

　　艾卡迪綜合征（Aicardi-Goutieres syndrome，AGS）是一組罕見的以神經系統及皮膚受累為主的遺傳性自身免疫性疾病，常可見TREX1基因突變【6, 7】。TREX1（DNA 30 repair exonuclease 1）是胞質內DNA外切酶，其突變后無法降解胞質內DNA，從而引起cGAS-STING通路過度活化引起自身免疫疾病。利用Trex1基因敲除鼠作為AGS綜合征模型，研究人員發現阿司匹林可以顯著抑制該疾病模型鼠心臟中干擾素激活基因（ISG）的表達，并有效延長小鼠的生存。

　　為進一步證實阿司匹林對cGAS抑制作用，研究人員尋找并分離了國內一例AGS綜合征患者及其健康的親兄長的外周血白細胞PBMCs。通過阿司匹林處理，可明顯抑制患者PBMCs中過度免疫反應表型。

　　本研究是張學敏/李濤團隊在cGAS領域的另一項重要研究。通過發表在去年Nature Immunology和本文的工作，該團隊發現了調控cGAS活性的兩條關鍵通路，且均找到了相應的小分子調節劑（綠茶提取物EGCG和阿司匹林）。這兩項研究加深了我們對cGAS-STING通路的認識，也為這條通路安裝了兩個可控的“閘門”。同時，該研究再次拓寬了“百年老藥”阿司匹林的應用，使其在抗炎、抗腫瘤等功能后具有抗自身免疫的新功能。

　　據悉，本文章的第一作者是：戴江博士、博士研究生黃怡嬌、何新華博士，通訊作者為張學敏院士和李濤研究員。

　　1. Sun L, Wu J, Du F, Chen X, Chen ZJ. Cyclic GMP-AMP synthase is a cytosolic DNA sensor that activates the type I interferon pathway. Science 2013；339(6121):786-91.

　　2. Wu J, Sun L, Chen X, Du F, Shi H, Chen C, et al. Cyclic GMP-AMP is an endogenous second messenger in innate immune signaling by cytosolic DNA. Science 2013；339(6121):826-30.

　　3. Liu ZS, Cai H, Xue W, Wang M, Xia T, Li WJ, et al. G3BP1 promotes DNA binding and activation of cGAS. Nature immunology 2019；20(1):18-28.

　　4. Vane JR, Botting RM. The mechanism of action of aspirin. Thrombosis research 2003；110(5-6):255-8.

　　5. Roth GJ, Majerus PW. The mechanism of the effect of aspirin on human platelets. I. Acetylation of a particulate fraction protein. The Journal of clinical investigation 1975；56(3):624-32.

　　6. Crow YJ, Manel N. Aicardi-Goutieres syndrome and the type I interferonopathies. Nature reviews Immunology 2015；15(7):429-40.

　　7. Aicardi J, Goutieres F. A progressive familial encephalopathy in infancy with calcifications of the basal ganglia and chronic cerebrospinal fluid lymphocytosis. Annals of neurology 1984；15(1):49-54.