陈志坚教授联合团队揭示免疫通路分子机制和全新功能

　　本周在中国上海举行的药明康德健康产业论坛上，“2019生命科学突破奖”得主、德克萨斯西南医学中心的陈志坚教授以《炎症2030——现代疾病，千年病根》为题，娓娓道来他的获奖工作如何解开免疫系统感知DNA的百年谜题。

　　专题演讲余音未消，隔天我们就高兴地看到，陈志坚教授带领的研究团队与其合作者在《自然》一天内共在线发表三篇论文！这三篇论文同时上线，不仅让细胞内DNA激活免疫反应的信号传递过程愈加清晰，并且首次揭示了该信号通路在细胞自噬中的新功能，为靶向这一通路治疗或预防自身免疫性疾病、传染病以及某些癌症提供了更清晰透彻的理论依据。

　　先天免疫是我们抵御外来病原体感染的第一道防线。在先前的研究工作中，陈志坚教授就鉴定出了在外源DNA侵入细胞后感知DNA的环鸟苷酸-腺苷酸合成酶（cyclic GMP-AMP synthase， cGAS），并且发现，与DNA结合的cGAS会催化生成信号分子环鸟腺苷酸（cGAMP），信号分子继而与内质网膜上的干扰素刺激蛋白STING结合。被激活的STING蛋白招募并激活丝氨酸苏氨酸蛋白激酶（TBK1），激活下游的一系列转录因子，诱导与炎症相关的基因表达。

　　除了微生物的DNA会入侵细胞，有些自身病变也会让本该局限在细胞核和线粒体内的DNA分子进入细胞质。cGAS对自身DNA的识别同样会导致炎症反应。因此，陈志坚教授发现的cGAS-STING通路也为治疗自身免疫疾病提供了重要靶点。

　　在陈志坚教授与德克萨斯西南医学中心生物物理学家白晓晨博士、张学武博士课题组合作的两篇论文中，一项工作集中解决了cGAS-STING通路中STING蛋白被信使分子cGAMP激活的分子机制。研究团队结合冷冻电镜技术和生化实验，首次对跨膜蛋白STING的全长结构做出解析，回答了蛋白二聚体如何活化的问题。非活性的二聚体结构和活性状态下二聚体、四聚体的结构显示，STING蛋白跨膜区和胞质区交叉组装的构象变化形成了完整的二聚体。据报道，这组工作中，蛋白二聚体约80kDa，而结构解析的分辨率达到了4.0 ？，在技术上达到了一个里程碑。

　　另一项工作则集中解决了STING蛋白如何招募TBK1并被TBK1磷酸化的分子机制。根据结合cGAMP的全长鸡源STING蛋白与人源TBK1蛋白形成的复合物结构，三个课题组组成的研究团队发现，STING的C末端特异性地插入TBK1二聚体的沟槽内，实现对TBK1的招募；而TBK1反过来又磷酸化STING。关键位点的突变分析进一步验证了STING与TBK1聚合体相互作用的这个信号传导模式。

　　而在第三篇文章中，陈志坚教授率先的研究团队发现，cGAS-STRING信号通路的下游不仅通过激活TBK1诱导干扰素和细胞因子等炎症相关基因的表达，还通过不依赖于TBK1激活和干扰素诱导的机制激活另一种重要的代谢过程——细胞自噬。

　　说到细胞自噬，这是细胞清除受损或多余蛋白质、细胞器以及微生物的过程。细胞内形成被称为自噬体的膜结构，像垃圾袋一样包裹着待清除的物质，随后被溶酶体吞噬。

　　研究人员发现，内质网膜上的STING在与信使分子cGAMP结合后会易位，转到内质网-高尔基体中间体（ERGIC）再到高尔基体。ERGIC是在内质网与高尔基体之间的物质运输小泡，而含有STING蛋白的ERGIC在自噬体形成过程中作为重要的膜来源，帮助关键蛋白LC3的脂质化。

　　那么，由cGAS-cGAMP通路诱导的自噬起着什么作用呢？在荧光标记LC3的细胞中，研究人员观察到，STING诱导的自噬对于清除细胞质中的DNA和病毒都起到了重要作用。

　　更有意思的是，研究人员发现，在相对简单的动物中，例如一种叫作Nematostella vectensis的海葵，还有非洲爪蟾，它们的STING蛋白C端缺少相应结构域，在cGAMP的刺激下不诱导干扰素，但可以激活自噬，由此可见cGAS-STING通路在细胞自噬的功能上可能更加古老。

　　陈志坚教授对于cGAS-STING通路开创性的工作过去已经催生了对自体免疫疾病的新认识和潜在新疗法，而这些新的突破将继续挖掘cGAS-STING通路的潜力，提供更多的靶点对免疫反应做出调控。最后，我们再次祝贺陈志坚教授与合作团队取得的重要成果！