Immunity | 多种细菌通过产生环二核苷酸激活细胞质先天免疫传感器STING

撰文|章台柳

先天免疫模式识别受体（PRR）功能的核心在于它们能够结合被称为病原体相关分子模式（PAMP）的微生物分子。哺乳动物细胞中，细胞外和内吞体中的PAMP通常由单一PRR家族的成员——Toll 样受体（TLR）检测。相比之下，细胞质空间容纳了一系列PRR，包括RIG-I样受体（RLR）、含核苷酸结合结构域亮氨酸丰富重复序列的蛋白（NLR）、AIM2样受体（ALR）、环状GMP-AMP合酶（cGAS）以及干扰素基因刺激因子（STING）。虽然鉴定出如此多样化的PRR库，但对于PAMP如何以及何时穿过质膜或内吞体膜进入细胞质的理解仍不完整。能够穿过膜结构进入细胞质并被细胞质PRR识别的机制主要是在诱导吞噬体膜损伤的致病性细菌背景下进行研究的。因此，细胞质PRR通常被视为病原体特异性受体。相比之下，TLR位于细胞外表面和内吞体内，容易与大多数细菌的PAMP接触，被认为是唯一作为细菌接触通用传感器的PRR家族。

尽管有这种普遍观点，细胞质PRR在非病原体接触中也能发挥作用。化学合成和/或纯化的PAMP可以从细胞外空间或内吞体空间转运到细胞质中。例如，刺激NLR NOD1和NOD2的肽聚糖片段被内吞，然后通过几种转运蛋白之一转运到细胞质中。环二核苷酸（CDNs）也能通过几种转运蛋白跨质膜转运到细胞质中。然而，这些转运蛋白主要是在纯化PAMP的背景下进行研究的。因此，对它们在细胞与实际微生物接触中的作用了解有限。

近日 ，来自 哈佛大学医学院的 Jonathan C. Kagan 团队 在 Immunity 杂 志上发表文章 Purine and pyrimidine-based bacterial cyclic dinucleotides egress the phagosome and activate the cytoplasmic innate immune sensor STING ，发现STING在吞噬体内裂解后，被进化上多样化的细菌所产生的多种CDNs激活。这种CDN结构的多样性在小鼠组织以及从健康人类和炎症性肠病患者分离的临床样本中被检测到。两种CDN转运蛋白SLC46A2和LRRC8A对于吞噬体内细菌激活STING是必需的。全身递送死的、负载CDN的细菌在两种癌症模型中驱动了抗肿瘤活性。对多种CDN（包括嘧啶基CDN）的检测是STING的一个进化保守特征，其针对嘌呤基和嘧啶基CDN具有独特的结合模式。因此，吞噬作用-CDN-STING这一联系将细胞质感知确立为宿主-细菌相互作用的普遍结果，这种相互作用设定了组织的免疫基调，并对宿主防御具有重要意义。

研究人员首先使用1 3 种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌组成的、在进化上多样化的细菌，其中大多数细菌与人类共生而不引起疾病，对巨噬细胞进行感染。结果显示，所有细菌均可诱 导TNF -α、IFN-β和IP-10 的分泌。敲除 Myd 88 和 Trif 导致细胞在素有TLR依赖性活性上存在缺陷，发现TNF -α 的分泌存在缺陷，但IFN反应（ IFN-β和IP-10 ）仍然存在。说明多样化的细菌能够刺激非依赖于TLR的IFN反应。为了确定哪种PRR介导细菌诱导的IFN反应，对MAVS（感知细胞质RNA）、RIP 2 （感知肽聚糖）、STING（感知细菌产生的CDN或cGAS）进行检查，发现STING对于响应所有检测的革兰氏阳性菌所需的 IFN-β和/或IP-10分泌是必需的，但对于革兰氏阴性菌诱导的IFN反应则是非必需的 。即使在TLR信号存在的情况下，STING也是革兰氏阳性菌诱导的IFN反应的主要介导者。为了确定细菌是否能双重刺激cGAS和STING，使用了一种含有R231H突变的STING等位基因，该等位基因能检测cGAS衍生的CDN，但不能检测细菌CDN c-di-AMP和c-di-GMP。WT - STING和R 231 H - STING这两种基因型的细胞在响应金黄色葡萄球菌时均分泌了IP-10。相比之下，表达R231H-STING的细胞在响应无害李斯特菌和乳酸乳球菌时，IP-10分泌存在缺陷。因此，尽管该检测中所有测试的细菌都能直接刺激STING，但金黄色葡萄球菌还能刺激cGAS。进一步研究显示，细菌CDN是STING的刺激配体。在小鼠组织、健康人类和IBD患者中都检测到细菌CDN，且致病性细菌对STING的激活与毒力无关。

几种跨膜转运蛋白能够促进纯CDN进入细胞质。这些蛋白包括溶质载体（SLC）转运蛋白家族和体积调节阴离子通道（VRAC）家族的成员。所有这些蛋白被认为在质膜的CDN转运中发挥作用，然而它们的活性仅在使用纯CDN时得到证实。有趣的是，CDN转运蛋白SLC46A1、SLC46A2、SLC46A3和LRRC8A，以及荧光标记的CDN，都可以定位于内吞体网络。基因敲除证实，CDN转运蛋白SLC46A2和LRRC8A介导细菌对STING的激活。构建一系列工程化大肠杆菌，使其能够产生17种具有已验证或预测化学结构的CDN合酶。产生多种CDN的细菌刺激了非依赖于cGAS的、STING依赖性的IP-10分泌。表明细菌递送的多种CDN结构通过SLC46A2和LRRC8A激活STING。此外，含有嘧啶碱基的CDN是强效的STING激动剂。X射线晶体学阐明了基于嘧啶和基于嘌呤的CDN与该模式识别受体（PRR）差异化结合的机制。

STING的活性与抗肿瘤免疫力呈正相关。那么，使用死亡的、非致病性的细菌应能在体内引发由STING驱动的抗肿瘤反应，且不存在感染的风险。为此，研究人员使用一株大肠杆菌（“ClearColi”），该菌株对小鼠TLR4的刺激作用较弱，从而最大限度地减少LPS-TLR4内毒素活性。对ClearColi进行工程化改造，使其产生野生型（WT）或催化失活的DacA，并将抗原卵清蛋白（OVA）锚定在ClearColi::dacA(WT)+或ClearColi::dacA(RHR_AAA)+的外膜上。在蛋白诱导3小时后，通过多聚甲醛固定使细菌失活。无论是瘤内注射，全身性治疗，还是预防性治疗，均能显著增强抗肿瘤免疫力。

总的来说，研究揭示了一条“吞噬体内环状二核苷酸（CDN）-宿主转运蛋白-STING”轴。在该轴中，细胞质内的STING作为一种通用传感器，能够感知多种多样的细菌，并能够检测包括基于嘧啶的CDN在内的广泛CDN种类。

https://doi.org/10.1016/j.immuni.2026.06.023

制版人：十一

学术合作组织

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