清華新聞網(wǎng)8月29日電 近日，清華大學(xué)藥學(xué)院尹航課題組發(fā)現(xiàn)衣康酸的衍生物4-辛基衣康酸（4-Octyl itaconate, 4-OI）能夠直接烷基化修飾STING的Cys91，從而阻斷了STING Cys91位點(diǎn)的棕櫚化修飾，抑制了STING的寡聚和下游信號(hào)的激活。
天然免疫系統(tǒng)是哺乳動(dòng)物抵抗外來(lái)病原入侵的第一道防線(xiàn)。cGAS-STING信號(hào)通路是胞內(nèi)識(shí)別雙鏈DNA的主要天然免疫信號(hào)通路。cGAS識(shí)別胞質(zhì)中病毒或者自身來(lái)源的雙鏈DNA，以ATP和GTP為底物合成信使分子2’,3’-環(huán)狀鳥(niǎo)苷酸-腺苷酸 (2’,3’-cGAMP) 激活下游接頭蛋白STING。在靜息狀態(tài)下STING以二聚體的形式存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，cGAMP和STING結(jié)合，STING發(fā)生構(gòu)象變化并寡聚，寡聚后的STING由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)遷移至反式高爾基體。STING寡聚化可促進(jìn)與STING結(jié)合的TBK1之間的相互磷酸化。磷酸化激活后的TBK1接著可磷酸化STING，STING的磷酸化為IRF3的結(jié)合提供錨定，隨后IRF3再被TBK1磷酸化。磷酸化的IRF3二聚化并轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核發(fā)揮轉(zhuǎn)錄活性，促進(jìn)I型干擾素等炎癥細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生。cGAS-STING通路主要參與到機(jī)體的抗病原微生物尤其是DNA病毒的免疫反應(yīng)過(guò)程中。同時(shí)由于cGAS并不能很好地區(qū)分自身和外源DNA，其異常激活也會(huì)造成一些自身免疫疾病。因此對(duì)cGAS-STING通路在不同環(huán)境下進(jìn)行精準(zhǔn)的調(diào)控，不僅可以增強(qiáng)人們對(duì)其功能的理解，也便于通過(guò)調(diào)控該通路去更好地應(yīng)對(duì)感染和相關(guān)的自身免疫疾病。
近年來(lái)，越來(lái)越多的研究關(guān)注到免疫和代謝之間的相互調(diào)控。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)篩選三羧酸循環(huán)常見(jiàn)代謝物或其衍生物對(duì)cGAS-STING通路激活的影響，發(fā)現(xiàn)衣康酸衍生物4-辛基衣康酸（4-OI）能夠明顯抑制DNA誘導(dǎo)的cGAS-STING信號(hào)通路的激活。之前有報(bào)道4-OI能夠通過(guò)激活Nrf2抑制炎癥因子產(chǎn)生，但研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)Nrf2的敲除并不影響4-OI對(duì)cGAS-STING的抑制，因此4-OI對(duì)cGAS-STING通路的抑制并不依賴(lài)于Nrf2。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)4-OI并不影響通路中cGAS, TBK1和IRF3的活性，4-OI直接抑制STING的激活。
圖1.衣康酸（Itaconate）的結(jié)構(gòu)
圖2.4-OI的結(jié)構(gòu)
衣康酸以及4-OI都含有一個(gè)親電子的不飽和雙鍵，能和蛋白質(zhì)半胱氨酸巰基發(fā)生加成反應(yīng)，共價(jià)修飾蛋白質(zhì)來(lái)調(diào)控蛋白的功能（圖1）。因此接下來(lái)，研究人員探究4-OI是否能夠通過(guò)直接共價(jià)修飾STING發(fā)揮抑制作用。通過(guò)4-OI的化學(xué)生物學(xué)探針點(diǎn)擊化學(xué)標(biāo)記實(shí)驗(yàn)，以及LC-MS/MS蛋白質(zhì)質(zhì)譜研究分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)4-OI能夠直接修飾STING的Cys91位點(diǎn)，同時(shí)4-OI對(duì)Cys91位點(diǎn)突變體STING喪失了抑制活性，進(jìn)一步證明了4-OI是通過(guò)靶向STING的Cys91位點(diǎn)發(fā)揮抑制作用的。STING Cys91位點(diǎn)的棕櫚酰化對(duì)于其寡聚激活起到重要作用。進(jìn)一步利用棕櫚?；疌lick探針標(biāo)記實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)4-OI能夠抑制STING的棕櫚?；揎?，同時(shí)利用Native PAGE實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)4-OI能夠抑制激活誘導(dǎo)的STING寡聚。隨后，在雙鏈DNA病毒單純皰疹病毒HSV-1感染模型以及cGAS-STING相關(guān)自身免疫炎癥模型中，研究團(tuán)隊(duì)也證明了4-OI對(duì)cGAS-STING激活的抑制作用。
4-OI作為衣康酸的衍生物，先前的研究大多將其視為衣康酸的替代物，認(rèn)為4-OI相比衣康酸本身更容易通過(guò)細(xì)胞膜，同時(shí)在細(xì)胞內(nèi)4-OI被能轉(zhuǎn)化為衣康酸發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。研究團(tuán)隊(duì)接下來(lái)便驗(yàn)證內(nèi)源性衣康酸是否會(huì)影響STING的激活。出人意料的是，不管是直接的高濃度衣康酸處理或者是將衣康酸生成的酶IRG1敲除都不會(huì)影響cGAS-STING的激活，這表明衣康酸并不影響cGAS-STING的激活，4-OI和衣康酸并不能被簡(jiǎn)單的等同，4-OI在胞內(nèi)并沒(méi)有被完全降解為衣康酸從而發(fā)揮其獨(dú)特的免疫調(diào)節(jié)功能。
值得一提的是，《細(xì)胞報(bào)道》（Cell Reports）在2023年3月份發(fā)表了一篇類(lèi)似的文章，發(fā)現(xiàn)4-OI能夠烷基化修飾STING的Cys147抑制STING的二聚從而抑制STING激活，且衣康酸也能夠抑制STING的激活。而該研究發(fā)現(xiàn)4-OI是通過(guò)烷基化修飾STING的Cys91位點(diǎn)阻斷STING棕櫚?；?，從而抑制STING的寡聚和激活，同時(shí)內(nèi)源性衣康酸的作用和4-OI并不相同。
圖3.4-OI烷基化修飾STING抑制STING棕櫚?；凸丫奂せ?/p>
該研究發(fā)現(xiàn)衣康酸衍生物4-OI能夠通過(guò)烷基化修飾STING，抑制了STING的棕櫚酰化從而抑制了STING的激活，展現(xiàn)了STING不同翻譯后修飾之間存在相互影響（圖3）。同時(shí)該研究也表明4-OI能夠抑制cGAS-STING介導(dǎo)的免疫炎癥，或可為相關(guān)自身免疫疾病的治療提供新的策略。
上述研究于8月24日發(fā)布在《細(xì)胞報(bào)道》（Cell Reports）期刊上，論文標(biāo)題為“4-辛基衣康酸阻斷干擾素刺激因子（STING）的棕櫚?；种芐TING的激活”（4-Octyl itaconate restricts STING activation by blocking its palmitoylation）。
該論文的通訊作者為清華大學(xué)藥學(xué)院尹航教授，論文的第一作者為清華大學(xué)藥學(xué)院2019級(jí)博士生蘇超飛。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)01051-3
供稿：藥學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
