張琳潔，于永生（上海大學(xué)醫(yī)學(xué)院，上海 200444）

先天免疫系統(tǒng)是人體的第一道防線，先天免疫系統(tǒng)中的模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRs）通過對微生物病原體特定的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行識別啟動機(jī)體的防御系統(tǒng)[1]。環(huán)磷酸鳥苷-磷酸腺苷酸合成酶（cyclic adenosine-adenosine synthase，cGAS）作為一種胞內(nèi)模式識別受體，通過激活干擾素基因刺激因子（stimulator of interferon gene，STING）通路，激發(fā)和影響先天免疫系統(tǒng)[2]。

目前已經(jīng)證實，cGAS-STING 信號通路作為先天免疫傳感器在許多病理和生理過程的作用日益擴(kuò)大，包括防御微生物感染、抗腫瘤免疫、細(xì)胞衰老、自噬以及自身免疫等[3-4]。近年來的研究表明cGAS-STING 信號通路在神經(jīng)系統(tǒng)疾病，尤其是神經(jīng)退行性疾病方面也起到了重要作用。本文就cGAS-STING 信號通路在神經(jīng)退行性疾病中的作用及其潛在治療意義進(jìn)行綜述。

1 cGAS-STING 信號通路

cGAS 屬于核苷酸轉(zhuǎn)移酶家族成員，能夠檢測到胞質(zhì)中的雙鏈DNA（double-stranded DNA，dsDNA），Sun 等[5]首次通過生化分離和質(zhì)譜定量分析鑒定出cGAS，也證明了cGAS 是一種觸發(fā)Ⅰ型干擾素（type Ⅰ interferon，IFN-Ⅰ） 通路的胞質(zhì)DNA 傳感器。Civril 等[6]測定了豬的cGASMab21 晶體結(jié)構(gòu)，證明cGAS 是由一個非結(jié)構(gòu)化N 末端延伸和一個高度保守的Mab21 核苷酸轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域組成的。同期另一項研究中，利用鼠源cGAS-DNA 結(jié)構(gòu)模型闡明了cGAS 的催化機(jī)制，當(dāng)胞質(zhì)DNA 出現(xiàn)時，就會引起cGAS 構(gòu)象改變，cGAS 的活性口袋從無活性的關(guān)閉構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂谢钚缘拈_放構(gòu)象，促使cGAS-DNA 復(fù)合物形成，該復(fù)合物促進(jìn)三磷酸鳥苷（guanosine triphosphate，GTP）和三磷酸腺苷（adenosinetriphosphate，ATP）轉(zhuǎn)化為2’3’-環(huán)鳥苷酸-腺苷酸（2’3’-cyclic GMP-AMP，cGAMP）[7]。cGAS的激活依賴于DNA 結(jié)構(gòu)[8]。當(dāng)DNA 為＞45 bp的片段時，能夠有效地促進(jìn)人源cGAS 活化，而鼠源cGAS 可被短至20 bp 的DNA 激活[9]。

Ishikawa 等[10]在抗病毒免疫研究中發(fā)現(xiàn)并首次報道了STING 對固有免疫反應(yīng)至關(guān)重要。STING是主要定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的跨膜接頭蛋白，廣泛表達(dá)于多種細(xì)胞類型。cGAS 被細(xì)胞質(zhì)DNA 激活后生成的cGAMP 與STING 相互作用，誘導(dǎo)STING 轉(zhuǎn)移到高爾基體發(fā)生下游級聯(lián)反應(yīng)。STING 蛋白的羧基末端能夠激活蛋白激酶IκB（protein kinase IκB，IKK）和TANK 結(jié)合激酶1（TANK binding kinase 1，TBK1），一方面激活核因子κB（nuclear factor kappa-B，NFκB），誘導(dǎo)白細(xì)胞介素-6（interleukin-6，IL-6）和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的釋放，另一方面還可啟動干擾素轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)因子3（interferon transcription factor regulator 3，IRF3）轉(zhuǎn)錄通路，誘導(dǎo)IFN 產(chǎn)生，并在表達(dá)后發(fā)揮有效的抗病毒作用[11]（見圖1）。

圖1 cGAS-STING 信號通路機(jī)制圖Fig 1 Mechanism of cGAS-STING signaling pathway

對STING 的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，跨膜連接器環(huán)中的一些殘基是產(chǎn)生IFN-Ⅰ所必需的，這表明了跨膜結(jié)構(gòu)域在STING 的激活中能夠起到一定的作用[12]。STING 在與cGAMP 結(jié)合后會關(guān)閉其二聚體角，相對于跨膜結(jié)構(gòu)域扭曲180°，然后釋放C 端尾巴密碼子（C-terminaltail，CTT），并形成穩(wěn)定的聚合物。通過X 射線晶體證明，CTT 可以直接與IRF3 結(jié)合，參與STING的配體結(jié)合和磷酸化的過程，磷酸化后的STING能夠募集IRF3。

cGAS-STING 信號通路的激活因素包括外源性因素和內(nèi)源性因素。cGAS 可以對來自病毒、細(xì)菌的外源DNA 作出反應(yīng)，啟動先天免疫系統(tǒng)，起到防止感染的作用。例如，Ⅰ型單純皰疹病毒（herpes simplex virus 1，HSV-1）能在野生型小鼠肺成纖維細(xì)胞和小鼠骨髓來源的巨噬細(xì)胞（bone marrow derived macrophages，BMDMs）中誘導(dǎo)產(chǎn)生IFN-β，在體內(nèi)實驗中，HSV-1 對STING－/－小鼠有致命的感染性[13]，因此在實驗中HSV-1 經(jīng)常作為激活劑用于激活cGAS-STING 信號通路。某些含有dsDNA 的細(xì)菌也可以激活cGAS-STING 信號通路，如淋病奈瑟球菌（Neisseria gonorrhoeae）先由Toll 樣受體-4（Toll-like receptors 4，TLR4）誘導(dǎo)產(chǎn)生IFN，進(jìn)入BMDMs 胞質(zhì)后再激活cGAS，并產(chǎn)生IFN 反應(yīng)[14]；單核細(xì)胞性李斯特菌（Listeria monocytogenes）可激活cGAS，引起人類骨髓細(xì)胞中的IFN 表達(dá)，此研究也證明了李斯特菌中的環(huán)二核苷酸（cyclic dinucleotides，CDN）可以直接觸發(fā)STING 而不依賴于cGAS[15]。

cGAS-STING 信號通路激活的內(nèi)源性原因包括自身DNA 的清除缺陷和線粒體應(yīng)激。3’-核酸修復(fù)外切酶1（three prime repair exonuclease 1，TREX1），是胞質(zhì)中主要的3’-5’限制性核酸外切酶，TREX1 表達(dá)的核酸酶活性對于維持先天免疫系統(tǒng)識別自身DNA 的免疫耐受發(fā)揮重要作用，人源TREX1基因的突變會引起一系列自身免疫性疾病的發(fā)生[16]。當(dāng)細(xì)胞質(zhì)中來源于細(xì)胞核泄漏或病原體的DNA 沒有及時被TREX1 清除就會使cGAS-STING 信號通路激活[16]。由于線粒體是氧化呼吸的場所，線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）很容易受到呼吸過程中由電子傳遞鏈產(chǎn)生的活性氧造成的損傷，所以線粒體通過相應(yīng)的自噬機(jī)制來清除受損線粒體[17]。異常的線粒體自噬會導(dǎo)致胞質(zhì)DNA 的積累，mtDNA 釋放到細(xì)胞質(zhì)從而激活cGAS-STING 信號通路[9]。線粒體轉(zhuǎn)錄因子A（transcription factor A mitochondrial，TFAM）是mtDNA 結(jié)合蛋白，能控制mtDNA 的分離、豐度和類核苷酸結(jié)構(gòu)[9]。TFAM 缺乏會使線粒體基因組紊亂和線粒體應(yīng)激，導(dǎo)致mtDNA 逃逸到細(xì)胞質(zhì)中，從而通過cGAS-STING 信號通路誘導(dǎo)干擾素刺激基因（interferon-stimulated genes，ISGs）表達(dá)和IFN 的產(chǎn)生[18]。關(guān)于mtDNA 泄漏到胞質(zhì)中的原因，目前認(rèn)為可能是B 淋巴細(xì)胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，BCL-2）基因相關(guān)蛋白（BCL-2 associated X protein，BAX）誘導(dǎo)線粒體外膜上的孔洞形成，增加線粒體內(nèi)膜的通透性，從而導(dǎo)致線粒體大分子（包括mtDNA）逃逸[19]。

cGAS-STING 信號通路同時也受到負(fù)性調(diào)節(jié)，當(dāng)病原微生物感染導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡通路被活化時，可以激活多個凋亡效應(yīng)蛋白酶?；罨牡蛲龅鞍酌盖懈疃鄺l天然免疫通路中的關(guān)鍵蛋白（cGAS、IRF3）以及線粒體抗病毒信號蛋白（mitochondrial antiviral-signaling protein，MAVS），并使這些蛋白完全失活，避免細(xì)胞因子的過度產(chǎn)生[20]。提示天然免疫穩(wěn)態(tài)的維持存在互相制約的精密調(diào)節(jié)。

2 cGAS-STING 信號通路在神經(jīng)退行性疾病中的作用

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）中，小膠質(zhì)細(xì)胞作為最主要的中樞固有免疫細(xì)胞，其功能和狀態(tài)與腦內(nèi)炎癥水平密切相關(guān)，而星形膠質(zhì)細(xì)胞可以對炎癥信號作出反應(yīng)并促進(jìn)炎癥，參與調(diào)控生理狀態(tài)和病理狀態(tài)下神經(jīng)系統(tǒng)的多個生命進(jìn)程[21]。小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞都表達(dá)cGAS，通過識別DNA 介導(dǎo)IFN 表達(dá)[22-23]。其中，小膠質(zhì)細(xì)胞是激活cGAS-STING信號通路的主要細(xì)胞類型。小膠質(zhì)細(xì)胞受到來自病毒或受損mtDNA 的激活，啟動cGAS-STING信號通路，分泌IFN，作用于神經(jīng)元上的干擾素A 受體（interferon A receptor，IFNARs），引發(fā)神經(jīng)元抗病毒防御機(jī)制（見圖2）。與此同時，星形膠質(zhì)細(xì)胞也被啟動，以緩解炎癥。然而這一通路的過度激活卻會導(dǎo)致神經(jīng)炎癥。

圖2 小膠質(zhì)細(xì)胞中的cGAS-STING 信號通路激活Fig 2 Activation of cGAS-STING signaling pathway in the microglia

雖然cGAS-STING 信號通路在神經(jīng)系統(tǒng)中的作用近年來才逐漸被揭示，但作為治療神經(jīng)退行性疾病的新靶點，其作用和未來前景不容忽視。本文將對常見的神經(jīng)退行性疾病中cGAS-STING信號通路的相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行闡述。

2.1 毛細(xì)血管擴(kuò)張性共濟(jì)失調(diào)綜合征

核酸的識別在防御中樞神經(jīng)系統(tǒng)病原體中發(fā)揮著重要作用，但先天免疫機(jī)制的觸發(fā)也是主要神經(jīng)退行性疾病的一個重要致病因素。毛細(xì)血管擴(kuò)張性共濟(jì)失調(diào)綜合征（ataxia telangiectasia，A-T）是一種由于缺乏DNA 損傷修復(fù)過程中的ATM（ataxia telangiectasia-mutated）激酶而引起的常染色體隱性遺傳病，臨床表現(xiàn)較為廣泛，主要有意向性震顫、眼皮膚毛細(xì)血管發(fā)育不全、協(xié)調(diào)功能障礙和平衡障礙等。A-T 患者的細(xì)胞表現(xiàn)出放射敏感性，基因組不穩(wěn)定性增加，伴有端粒磨損加劇、線粒體功能障礙和早衰[24]。Song 等[25]認(rèn)為在A-T 中，DNA修復(fù)機(jī)制的缺乏導(dǎo)致ss/dsDNA 在胞質(zhì)積累，并被先天免疫系統(tǒng)識別，通過STING 來誘導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，引起小膠質(zhì)細(xì)胞激活和神經(jīng)毒性細(xì)胞因子的分泌。這種新型炎癥級聯(lián)可能是一種廣泛適用于多種疾病的神經(jīng)炎癥誘導(dǎo)機(jī)制。Aguado 等[24]的研究中，使用人類的類腦器官精確地模擬了A-T 的神經(jīng)損害表型，發(fā)現(xiàn)使用STING 抑制劑H-151，可有效地抑制自身DNA 誘導(dǎo)的衰老相關(guān)分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP）激活，并恢復(fù)了A-T 類腦器官的神經(jīng)病理學(xué)特征[24]，既驗證了抑制cGAS-STING 信號通路可以作為A-T 神經(jīng)病理學(xué)的有效治療靶點，又表明STING 抑制劑可能用于其他與早衰和自身DNA 誘導(dǎo)的SASP 激活相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

2.2 阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）

AD 是一種表現(xiàn)為進(jìn)行性認(rèn)知衰退和記憶喪失的神經(jīng)退行性疾病[26]。AD 的典型病理特征是細(xì)胞外β-淀粉樣蛋白（amyloidβ-protein，Aβ）的積累導(dǎo)致的神經(jīng)纖維纏結(jié)[27]。而Aβ源于β淀粉樣前體蛋白（β-amyloid precursor protein，APP）的裂解以及高磷酸化微管相關(guān)蛋白Tau（microtubuleassociated protein tau，MAPT）的細(xì)胞內(nèi)沉積[28]。淀粉樣蛋白級聯(lián)假說受到廣泛認(rèn)可，該假說認(rèn)為Aβ累積是導(dǎo)致神經(jīng)元損傷級聯(lián)效應(yīng)的主要原因[29]。然而，越來越多的證據(jù)表明，單靠淀粉樣蛋白級聯(lián)不能解釋AD 的其他發(fā)病機(jī)制和病理過程，有人提出，大腦中的炎癥和免疫反應(yīng)可能加速AD 疾病進(jìn)展并成為發(fā)病的基礎(chǔ)，而腦內(nèi)固有的小膠質(zhì)細(xì)胞是參與神經(jīng)元和突觸損傷的關(guān)鍵因素[30]。

作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的常駐吞噬細(xì)胞，小膠質(zhì)細(xì)胞主要通過釋放降解酶對Aβ進(jìn)行降解[31]。據(jù)研究表明，長期持續(xù)的Aβ識別和降解導(dǎo)致的先天性免疫激活會引發(fā)神經(jīng)炎癥，從而導(dǎo)致神經(jīng)退行性病變的進(jìn)一步發(fā)展[32]。炎癥是細(xì)胞衰老的標(biāo)志之一，并且已在AD 小鼠模型的大腦中觀察到SASP 與神經(jīng)炎癥高度相關(guān)[33]。有證據(jù)表明，AD 過程中小膠質(zhì)細(xì)胞呈現(xiàn)神經(jīng)退行性表型（microglial neurodegenerative phenotype，MGnD），MGnD 表型下的小膠質(zhì)細(xì)胞失去傳感功能[34]，星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞都呈現(xiàn)吞噬功能障礙、脂質(zhì)代謝異常等衰老表現(xiàn)[33，35]。髓系細(xì)胞觸發(fā)受體2（triggering receptor expressed on myloid cell，TREM2）是一種感受Aβ積累和神經(jīng)元損傷的受體，能夠誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞從M1 表型極化為M2 表型[36]，促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞清除Aβ積累，從而減少神經(jīng)炎癥。Xu 等[37]系統(tǒng)研究了cGAMP 激活后，通過刺激STING 依賴性免疫從而誘導(dǎo)TREM2 上調(diào)，TREM2 表達(dá)在蛋白質(zhì)和mRNA 水平上誘導(dǎo)增強(qiáng)了BV2 小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞體外和原代小膠質(zhì)細(xì)胞體外對Aβ的吞噬效率，減少了Aβ斑塊和神經(jīng)元死亡。也就是說，cGAMP的治療可以在TREM2 依賴機(jī)制中增加M2 表型與M1 表型的比率，改善AD 小鼠模型中的神經(jīng)炎癥。因此，在AD 背景下，增強(qiáng)天然免疫可以減緩神經(jīng)退行性疾病的進(jìn)程，表明cGAMP 在AD 免疫治療中有巨大的應(yīng)用潛力。值得注意的是，雖然在此研究中，cGAMP 處理后明顯上調(diào)了STING 和IRF3 的表達(dá)，證明了AD 小鼠大腦存在cGAMP-STING-IRF3 信號通路的激活，但cGAMP 激活后，增強(qiáng)了BV2 小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞體外對Aβ的吞噬效率，這一現(xiàn)象并不能證明是由cGAMP 依賴于STING 而實現(xiàn)的。

煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD＋） 是AD 神經(jīng)元中DNA 修復(fù)和線粒體自噬等多個過程的關(guān)鍵，在細(xì)胞代謝中起著核心作用[38]。許多神經(jīng)退行性疾病（包括AD）的相關(guān)組織中NAD＋水平較低，研究發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充NAD＋前體煙酰胺核糖（NAD＋precursor nicotinamide riboside，NR）可有效增加NAD＋，并對小鼠模型中的許多AD 特征產(chǎn)生有益影響[39]。以往的研究證實AD 存在線粒體自噬現(xiàn)象，自噬過程中釋放到胞漿中的DNA 導(dǎo)致cGASSTING 信號通路異常激活[40]。Hou 等[41]將cGASSTING 信號通路與AD 聯(lián)系起來，發(fā)現(xiàn)在APP/PS1雙轉(zhuǎn)基因小鼠模型中，補(bǔ)充NR 可使線粒體自噬過程中釋放到胞質(zhì)中的DNA 減少，從而減少cGAS-STING 信號通路感知DNA 后的激活；進(jìn)一步的研究也證明了NR 通過抑制cGAS-STING 信號通路降低AD 小鼠大腦的神經(jīng)炎癥和細(xì)胞衰老，改善AD 小鼠的學(xué)習(xí)記憶和突觸可塑性。

2.3 帕金森病（Parkinson disease，PD）

PD 是一種常見的神經(jīng)退行性疾病，臨床表現(xiàn)為靜止性震顫、肌強(qiáng)直、運動功能減退和步態(tài)異常。其致病原因有環(huán)境因素和遺傳因素等，PINK1或Parkin基因的突變會導(dǎo)致家族性帕金森病，由PINK1/Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬缺陷引起的受損線粒體積累可能促進(jìn)PD 的發(fā)生[42]。炎癥被認(rèn)為是PD 病理的關(guān)鍵驅(qū)動因素[43]，Sliter 等[44]研究發(fā)現(xiàn)Parkin和PINK1可以減緩STING 誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，由耗竭性運動（exhaustive exercise，EE）或mtDNA 突變誘導(dǎo)的線粒體應(yīng)激引起的炎癥可以通過STING 的敲除而得以抑制，還證明了STING 的缺失可阻止積累突變mtDNA 的小鼠的炎癥、運動缺陷和神經(jīng)衰退的發(fā)生。對72 名PD 患者和58 名健康對照者的全基因組數(shù)據(jù)集的meta 分析顯示，PD 患者黑質(zhì)區(qū)中STING 水平較高，支持了cGAS-STING 信號通路可能與PD 發(fā)病機(jī)制有關(guān)的結(jié)論[45]。近期研究顯示，STING 蛋白在含有錯誤折疊α-突觸核蛋白（α-synuclein）的小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞中高表達(dá)，而cGAS-STING 信號通路介導(dǎo)的一系列炎癥反應(yīng)會誘發(fā)小膠質(zhì)細(xì)胞破壞更多的多巴胺神經(jīng)元，表明cGAS-STING 信號通路或許能作為特發(fā)性帕金森病或其他人類α-突觸核蛋白疾病的潛在藥物靶點[46]。

2.4 肌萎縮側(cè)索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）

約4%的家族性ALS 患者中存在TDP-43突變[47]，TDP-43在細(xì)胞質(zhì)中的累積是ALS 的重要標(biāo)志之一，這一特征與ALS 患者的神經(jīng)炎癥性細(xì)胞因子表征相關(guān)聯(lián)，主要表現(xiàn)為NF-κB 和IFN-Ⅰ通路水平的升高[48-49]。最新研究中，Yu 等[50]通過對iPSC 分化的運動神經(jīng)細(xì)胞及ALS 患者樣品進(jìn)行系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，TDP-43 通過在線粒體的累積，誘導(dǎo)mtDNA 向細(xì)胞質(zhì)釋放后激活cGAS-STING 信號通路，引起NF-κB 通路激活和IFN-Ⅰ水平升高。相反，使用STING 抑制劑H-151 處理可以減輕炎癥并改善神經(jīng)退行性癥狀，而且敲除cGAS和STING 能夠完全阻斷由TDP-43基因Q331K 點突變誘導(dǎo)轉(zhuǎn)基因ALS 模型的炎性因子表達(dá)，cGAS抑制劑RU.521 也能夠達(dá)到類似效果。進(jìn)一步對TDP-43A315T 點突變的ALS 模型小鼠進(jìn)行分析，該模型小鼠腦內(nèi)、脊髓及血清的cGAMP 水平均高于對照小鼠，敲除STING 后小鼠的運動功能也顯著性改善[50]。這些結(jié)果為TDP-43突變誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥提供了完整的機(jī)制闡述，為使用SITNG 抑制劑對ALS 患者進(jìn)行干預(yù)提供了理論和實驗基礎(chǔ)。

2.5 C 型尼曼-皮克病（Niemann-Pick disease type C）

C 型尼曼-皮克病是一種罕見的神經(jīng)退行性疾病，長期以來被認(rèn)為是一種膽固醇代謝和分布的疾病。然而近期研究發(fā)現(xiàn)，C 型尼曼-皮克病與STING 相關(guān)，Chu 等[51]通過定量蛋白質(zhì)組學(xué)，確定了溶酶體膜蛋白尼曼-皮克型C1（NPC1）作為STING 轉(zhuǎn)運的輔助因子，NPC1 蛋白的丟失通過阻斷溶酶體降解“促進(jìn)”STING 信號傳遞。在Npc1－/－小鼠小腦中，STING基因缺失顯著降低了小膠質(zhì)細(xì)胞的激活，并減輕了浦肯野神經(jīng)元的缺失，從而改善了運動功能。這一研究或許能夠為C 型尼曼-皮克病患者提供一種有效的治療靶點。

2.6 亨廷頓?。℉untington disease，HD）

HD 是一種常染色體顯性的神經(jīng)退行性疾病，由Huntingtin基因中多谷氨酰胺（polyglutamine，PolyQ）編碼的CAG 重復(fù)序列的擴(kuò)展引起[52]。該疾病嚴(yán)重影響大腦紋狀體，導(dǎo)致肌肉萎縮、運動和認(rèn)知障礙、精神障礙和神經(jīng)變性[53]。突變Huntingtin基因（mutant huntingtin，mHtt） 聚集并引起廣泛損傷，影響轉(zhuǎn)錄調(diào)控、DNA 修復(fù)和核胞質(zhì)轉(zhuǎn)運等細(xì)胞過程[54]。全基因組關(guān)聯(lián)研究（genome-wide association studies，GWASs）顯示，DNA 氧化損傷、DNA 修復(fù)和線粒體功能的相關(guān)通路與疾病的發(fā)病年齡相關(guān)[55]。HD 病理過程中的細(xì)胞質(zhì)DNA 和炎癥反應(yīng)已經(jīng)被報道，有證據(jù)表明在HD 患者死后紋狀體中cGAS-STING-IRF3 信號通路被激活[56]。當(dāng)cGAS 活性增強(qiáng)，炎癥相關(guān)基因和自噬蛋白表達(dá)增加，cGAS 的缺失可降低HD 紋狀體細(xì)胞的炎癥和自噬反應(yīng)，提示cGAS 可促進(jìn)HD 的炎癥反應(yīng)，可能是HD 的治療靶點[57]。近期研究發(fā)現(xiàn)的STING 穩(wěn)態(tài)維持蛋白TOLLIP 能夠在無病原菌感染狀態(tài)下維持STING 蛋白的穩(wěn)定，TOLLIP 敲低或者敲除可顯著降低STING 的表達(dá)，從而抑制了DNA 刺激引起的cGAS-STING信號通路激活[58]。相關(guān)研究表明PolyQ 富集蛋白的積累與HD 的發(fā)生密切相關(guān)[59]，當(dāng)細(xì)胞過表達(dá)HTTq74（PolyQ 富集蛋白）后，它能夠競爭性與TOLLIP 相互作用，從而抑制TOLLIP-STING 相互作用，導(dǎo)致STING 被溶酶體降解。在HD 小鼠疾病模型中（zQ175），中腦皮層中有大量PolyQ蛋白聚集，同時也發(fā)現(xiàn)STING 蛋白在大腦中也被顯著降解[58]，STING 蛋白的穩(wěn)定在HD 發(fā)生中的功能或許具有研究價值。

2.7 多發(fā)性硬化（multiple sclerosis，MS）

MS 是一種以脫髓鞘為特征的神經(jīng)退行性疾病，免疫系統(tǒng)攻擊神經(jīng)纖維的保護(hù)鞘髓磷脂，導(dǎo)致炎癥和神經(jīng)損傷[60]。MS 的病理特征是炎癥伴脫髓鞘、星形膠質(zhì)細(xì)胞增生和神經(jīng)退行性改變。該疾病可進(jìn)展到繼發(fā)性進(jìn)行性多發(fā)性硬化（secondary progressive multiple sclerosis，SPMS）階段，其特征為持續(xù)的、不可逆的神經(jīng)功能衰退、腦容量減少和軸突丟失，小部分患者為原發(fā)性進(jìn)行性多發(fā)性硬化（primary progressive multiple sclerosis，PPMS）[61]。免疫調(diào)節(jié)療法如IFN 和利妥昔單抗可預(yù)防或延緩MS 的進(jìn)展[62]。Mathur等[60]研究發(fā)現(xiàn)抗病毒藥物更昔洛韋可通過激活cGAS-STING 信號通路誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生IFN反應(yīng)，抑制炎癥，在MS 模型中起到保護(hù)作用。Johnson 等[63]使用微粒包裹的cGAMP 治療實驗性變態(tài)反應(yīng)性腦脊髓炎（experimentally allergic encephalomyelitis，EAE）小鼠模型，cGAMP 表現(xiàn)出IFN 依賴性免疫抑制作用，促進(jìn)了MS 患者外周單核血細(xì)胞中的IFN 以及免疫調(diào)節(jié)因子IL-27和IL-10，這項研究揭示了cGAMP 的免疫調(diào)節(jié)作用，表明STING 激動劑可能是一種治療MS 的新方法。

3 cGAS-STING 信號通路相關(guān)調(diào)控劑

對于大多數(shù)發(fā)展過程中涉及神經(jīng)炎癥水平升高和促炎細(xì)胞因子增多的神經(jīng)退行性疾病，抑制cGAS-STING 信號通路或許可以作為一種干預(yù)手段。

3.1 靶向cGAS 的通路抑制劑

cGAS 作為cGAS-STING 信號通路的啟動因子，抑制其活性可以阻止下游通路激活，可能對神經(jīng)退行性疾病的治療起到一定作用。相關(guān)抑制劑阻止cGAS 激活的方式主要是結(jié)合cGAS 的活性位點，與ATP 或GTP 底物或產(chǎn)物cGAMP競爭，或是干擾DNA 與cGAS 結(jié)合，從而干擾cGAS 的初始激活步驟。

An 等[64]篩選了一系列抗瘧藥物，如羥氯喹（hydroxychloroquine，HCQ） 和阿奎平（quinacrine），這些藥物通過插入cGAS-dsDNA 的結(jié)合凹槽，選擇性阻斷cGAS-dsDNA 相互作用，抑制IFN-β的產(chǎn)生；基于以上研究，該團(tuán)隊繼續(xù)合成了第二代分子X6，其在體外和體內(nèi)活性都有改善，具有更好的溶解性和口服利用度。實驗證明，X6 可使Trex1－/－小鼠心肌細(xì)胞中cGAMP 產(chǎn)生明顯減少[65]。其他具有相似作用機(jī)制的化合物，如Suramin[66]和A151[67]，同樣作為競爭性的cGAS 抑制劑，通過與dsDNA 結(jié)合域相互作用干擾cGAS-DNA 結(jié)合物產(chǎn)生。Vincent 等[68]通過對12 萬個化合物進(jìn)行高通量篩選，最終發(fā)現(xiàn)化合物RU.365 和RU.521 可以占據(jù)cGAS 的活性位點，降低cGAS 對底物ATP 和GTP 的親和力。同時實驗證明，RU.521 可以降低Trex1－/－小鼠BMDMs 中Ifnb1mRNA 的表達(dá)水平。盡管PF-06928125 在生化檢測中顯示可以與cGAS結(jié)合，但在細(xì)胞檢測中抑制活性較低，可能與細(xì)胞內(nèi)ATP 和GTP 水平較高有關(guān)。靶向cGAS 的cGASSTING 信號通路抑制劑總結(jié)見表1。

表1 靶向cGAS 的抑制劑Tab 1 Inhibitors targeting cGAS

3.2 靶向STING 蛋白的抑制劑

Mukai 等[72]發(fā)現(xiàn)STING 蛋白N 段半胱氨酸88/91 位（Cys88/91）的棕櫚?；瘜Ω郀柣w上STING 多聚體的形成發(fā)揮了關(guān)鍵作用，因此，控制棕櫚?；赡苁钦{(diào)控STING 活性的一種方法。通過基于細(xì)胞的化學(xué)篩選，Haag 等[73]鑒定了兩種硝基呋喃衍生物（C-178、C-176），它們能與STING 蛋白Cys91 之間形成共價鍵，抑制STING 蛋白的棕櫚?；?，從而阻止STING 蛋白組裝成多聚體，阻斷下游信號傳導(dǎo)。該團(tuán)隊又通過其他篩選方式得到了化合物H-151，其作用機(jī)制與C-178 相同，可顯著降低Trex1－/－小鼠的全身炎癥反應(yīng)[73]。在另一項研究中，Hansen 等[74]發(fā)現(xiàn)硝基脂肪酸（NO2-FAs）可以抑制cGAS-STING信號通路，NO2-FAs 是通過在病毒感染過程中向不飽和脂肪酸中加入二氧化氮（NO2）而產(chǎn)生的內(nèi)源性物質(zhì)，可以共價修飾STING 蛋白的Cys88和Cys91，抑制棕櫚酰化，導(dǎo)致通路失活。此外，NO2-FAs 還能有效減少自免疫疾病患者成纖維細(xì)胞中IFN 的生成。

除此之外有一些作用于其他位點的化合物也被證明對cGAS-STING 信號通路有抑制作用。Li 等[75]從藥用植物Aster tataricus中發(fā)現(xiàn)了環(huán)肽Astin C，Astin C 與STING 的C 端激活口袋和2’3’-cGAMP 競爭，特異性結(jié)合到STING 的C 端激活位點從而抑制IRF3 募集。正是由于上述機(jī)制，Astin C 使Trex1－/－小鼠的IFN 水平明顯降低。Siu等[76]通過自動配體識別系統(tǒng)識別了另一種抑制劑Compound 18。Compound 18 與2’3’-cGAMP 結(jié)合位點結(jié)合，抑制2’3’-cGAMP 誘導(dǎo)的IFN-β分泌。

以STING 蛋白為靶點的cGAS-STING 信號通路抑制劑總結(jié)見表2。

表2 靶向STING 蛋白的抑制劑Tab 2 Inhibitors targeting STING proteins

4 總結(jié)與展望

通過對cGAS-STING 信號通路在神經(jīng)系統(tǒng)中的作用機(jī)制研究，可以更好地理解該通路在神經(jīng)退行性疾病中的重要作用。cGAS-STING 信號通路作為潛在的分子靶標(biāo)，為相應(yīng)疾病的藥物研發(fā)提供新策略。大多數(shù)神經(jīng)退行性疾病都伴有高水平的神經(jīng)炎癥，抑制cGAS-STING 信號通路為其治療提供了新途徑。例如在PD 和A-T 的病理過程中，由于DNA 修復(fù)機(jī)制缺陷等原因?qū)е碌男∧z質(zhì)細(xì)胞激活，誘導(dǎo)產(chǎn)生神經(jīng)炎癥，可以使用STING 抑制劑阻斷cGAS-STING 信號通路，改善炎癥信號，有望減輕神經(jīng)細(xì)胞的損傷，從而改善神經(jīng)退行性癥狀，恢復(fù)患者運動能力。而對于MS 和AD，尤其是在AD 的早期，神經(jīng)炎癥主要表現(xiàn)為對神經(jīng)產(chǎn)生損傷，考慮到cGAMP 表現(xiàn)出IFN 依賴性免疫抑制作用可以減輕神經(jīng)炎癥，在未來研究中，或許可以借助cGAMP 等STING 激動劑來增強(qiáng)天然免疫這一思路，同時結(jié)合臨床試驗和已知治療手段，明確cGAS-STING 信號通路在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的具體作用，為藥物開發(fā)及臨床治療策略的制訂奠定基礎(chǔ)。