陳志堅教授聯合團隊揭示免疫通路分子機制和全新功能

　　本周在中國上海舉行的藥明康德健康產業論壇上，“2019生命科學突破獎”得主、德克薩斯西南醫學中心的陳志堅教授以《炎癥2030——現代疾病，千年病根》為題，娓娓道來他的獲獎工作如何解開免疫系統感知DNA的百年謎題。

　　專題演講余音未消，隔天我們就高興地看到，陳志堅教授帶領的研究團隊與其合作者在《自然》一天內共在線發表三篇論文！這三篇論文同時上線，不僅讓細胞內DNA激活免疫反應的信號傳遞過程愈加清晰，并且首次揭示了該信號通路在細胞自噬中的新功能，為靶向這一通路治療或預防自身免疫性疾病、傳染病以及某些癌癥提供了更清晰透徹的理論依據。

　　先天免疫是我們抵御外來病原體感染的第一道防線。在先前的研究工作中，陳志堅教授就鑒定出了在外源DNA侵入細胞后感知DNA的環鳥苷酸-腺苷酸合成酶（cyclic GMP-AMP synthase， cGAS），并且發現，與DNA結合的cGAS會催化生成信號分子環鳥腺苷酸（cGAMP），信號分子繼而與內質網膜上的干擾素刺激蛋白STING結合。被激活的STING蛋白招募并激活絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶（TBK1），激活下游的一系列轉錄因子，誘導與炎癥相關的基因表達。

　　除了微生物的DNA會入侵細胞，有些自身病變也會讓本該局限在細胞核和線粒體內的DNA分子進入細胞質。cGAS對自身DNA的識別同樣會導致炎癥反應。因此，陳志堅教授發現的cGAS-STING通路也為治療自身免疫疾病提供了重要靶點。

　　在陳志堅教授與德克薩斯西南醫學中心生物物理學家白曉晨博士、張學武博士課題組合作的兩篇論文中，一項工作集中解決了cGAS-STING通路中STING蛋白被信使分子cGAMP激活的分子機制。研究團隊結合冷凍電鏡技術和生化實驗，首次對跨膜蛋白STING的全長結構做出解析，回答了蛋白二聚體如何活化的問題。非活性的二聚體結構和活性狀態下二聚體、四聚體的結構顯示，STING蛋白跨膜區和胞質區交叉組裝的構象變化形成了完整的二聚體。據報道，這組工作中，蛋白二聚體約80kDa，而結構解析的分辨率達到了4.0 ？，在技術上達到了一個里程碑。

　　另一項工作則集中解決了STING蛋白如何招募TBK1并被TBK1磷酸化的分子機制。根據結合cGAMP的全長雞源STING蛋白與人源TBK1蛋白形成的復合物結構，三個課題組組成的研究團隊發現，STING的C末端特異性地插入TBK1二聚體的溝槽內，實現對TBK1的招募；而TBK1反過來又磷酸化STING。關鍵位點的突變分析進一步驗證了STING與TBK1聚合體相互作用的這個信號傳導模式。

　　而在第三篇文章中，陳志堅教授率先的研究團隊發現，cGAS-STRING信號通路的下游不僅通過激活TBK1誘導干擾素和細胞因子等炎癥相關基因的表達，還通過不依賴于TBK1激活和干擾素誘導的機制激活另一種重要的代謝過程——細胞自噬。

　　說到細胞自噬，這是細胞清除受損或多余蛋白質、細胞器以及微生物的過程。細胞內形成被稱為自噬體的膜結構，像垃圾袋一樣包裹著待清除的物質，隨后被溶酶體吞噬。

　　研究人員發現，內質網膜上的STING在與信使分子cGAMP結合后會易位，轉到內質網-高爾基體中間體（ERGIC）再到高爾基體。ERGIC是在內質網與高爾基體之間的物質運輸小泡，而含有STING蛋白的ERGIC在自噬體形成過程中作為重要的膜來源，幫助關鍵蛋白LC3的脂質化。

　　那么，由cGAS-cGAMP通路誘導的自噬起著什么作用呢？在熒光標記LC3的細胞中，研究人員觀察到，STING誘導的自噬對于清除細胞質中的DNA和病毒都起到了重要作用。

　　更有意思的是，研究人員發現，在相對簡單的動物中，例如一種叫作Nematostella vectensis的海葵，還有非洲爪蟾，它們的STING蛋白C端缺少相應結構域，在cGAMP的刺激下不誘導干擾素，但可以激活自噬，由此可見cGAS-STING通路在細胞自噬的功能上可能更加古老。

　　陳志堅教授對于cGAS-STING通路開創性的工作過去已經催生了對自體免疫疾病的新認識和潛在新療法，而這些新的突破將繼續挖掘cGAS-STING通路的潛力，提供更多的靶點對免疫反應做出調控。最后，我們再次祝賀陳志堅教授與合作團隊取得的重要成果！