STING信号通路在缺血-再灌注损伤中的作用研究进展

胡浩然 徐健 周浩明

缺血-再灌注损伤（ischemia-reperfusion injury，IRI）是指组织器官在缺血恢复血流后，损伤进一步加重，导致器官功能障碍和结构损伤的现象。IRI广泛存在于各类器官移植、外科手术、休克复苏等过程中，严重影响患者临床预后。IRI机制复杂，主要包括缺血导致的细胞直接损伤和死亡，以及再灌注阶段巨噬细胞、中性粒细胞等多种免疫细胞介导的更为严重的炎症损伤。实质细胞损伤释放多种损伤相关分子模式（damage-associated molecular pattern，DAMP），进一步通过模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR）激活先天免疫细胞，释放多种炎症因子及趋化因子，最终导致组织器官内的炎症因子风暴。常见的PRR包括Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）、NOD样受体（NOD-like receptor，NLR）、维甲酸诱导基因Ⅰ样受体（retinoic acid-inducible geneⅠ-like receptor，RLR）、C型凝集素受体（C-type lectin receptor，CLR）等。最近研究发现，环磷酸鸟苷-腺苷酸合成酶（cyclic guanosine monophosphateadenosine monophosphate synthase，cGAS）可感知识别细胞质中的DNA，并通过激活干扰素基因刺激因子（stimulator of interferon genes，STING）信号通路，在抗病原体先天免疫应答中发挥关键作用。随后发现，cGAS-STING信号通路在多种自身免疫性疾病、炎症性疾病及肿瘤免疫中发挥了重要作用[1-2]。靶向干预STING信号通路可有效调控组织器官炎性损伤。目前，STING信号通路在器官IRI中的作用研究越来越多，但结果不一，机制更未明确。本文针对STING信号通路在不同器官IRI中的作用和机制展开综述，以深化对器官IRI机制的认识，为临床转化治疗提供新的思路。

IRI是临床上常见的病理生理过程，直接影响组织器官功能。在器官移植过程中，IRI难以避免，对移植物功能与存活、免疫排斥反应与免疫耐受、肿瘤复发等均具有重要影响。IRI发病机制复杂，对其调控机制的研究是临床干预治疗的重要前提和基础。

IRI发病机制包括能量代谢异常、氧化应激、炎症反应等，主要包括缺血和再灌注两个阶段。缺血期主要表现为缺血引起的氧气和营养物质缺乏、能量代谢异常，造成乳酸、活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）等有毒物质堆积。此外，细胞内离子的积聚会导致细胞水肿和细胞膜破坏[3]，诱发多种形式的细胞死亡，包括凋亡、坏死、自噬相关死亡、铁死亡等[4-7]。

再灌注过程一方面恢复组织供氧，促进能量代谢恢复，但也导致以氧化应激和炎症活化为特征的组织损伤[8]。供氧恢复后，受损的线粒体反而加剧ROS的产生[9]，同时高迁移率族蛋白B1（high mobility group protein 1，HMGB1）、三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）、线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）等DAMP释放至胞外，被巨噬细胞等先天免疫细胞捕获识别[10-11]，通过PRR激活下游核因子（nuclear factor，NF）-κB、丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）、Ⅰ型干扰素等通路，释放促炎因子及趋化因子[12-13]，招募并进一步激活CD4+T细胞等适应性免疫细胞，诱发炎症损伤。其中，中性粒细胞向组织浸润的积累加剧了微循环障碍，并形成中性粒细胞胞外陷阱（neutrophil extracellular trap，NET），破坏血管并进一步诱导细胞死亡[14]，最终形成正反馈回路，加重炎症损伤。

2008年，Barber教授团队首次报道了STING，其不依赖TLR产生Ⅰ型干扰素，在抗病毒先天免疫中发挥关键作用[15]。STING在人类多种器官或组织中广泛表达，尤其在各种免疫细胞中的表达决定了其在先天免疫中的地位。

STING主要定位于细胞的内质网上，来源于病原体、肿瘤细胞以及自身细胞的双链DNA进入胞质中可以激活cGAS，催化三磷酸鸟苷（guanosine triphosphate，GTP）和ATP合成环磷酸鸟苷-腺苷 酸（cyclic guanosine monophosphate-adenosine monophosphate，cGAMP），cGAMP作为第二信使结合并活化STING，促进STING自内质网转位至高尔基体[16]。此外，来源于胞外的cGAMP或环二核苷酸（cyclic dinucleotide，CDN）以及内质网应激同样可以直接激活STING并促进其向高尔基体转位[17]。当转位完成后，高尔基体内的硫酸糖胺聚糖与STING结合，促进STING的多聚化，导致下游TANK结合激酶1（TANK binding kinase 1，TBK1）及 IκB激酶（IκB kinase，IKK）的招募和活化[18]。STING下游信号通路主要包括STING-TBK1-干扰素调节因子3（interferon regulatory factor 3，IRF3）通路及STINGIKK-NF-κB通路，前者转位至核内激活Ⅰ型干扰素的合成[19]，后者激活促炎细胞因子白细胞介素（interleukin，IL）-2、IL-6、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α等的合成及释放[20]。此外cGAS-STING信号通路还介导细胞自噬、凋亡、坏死等过程。

STING信号通路同样有自限性的降解过程。STING活化转位到高尔基体后，高尔基体可以提供自噬小体的膜来源，cGAMP促进微管相关蛋白1轻链 3（microtubule- associated protein1 light chain 3，LC3）脂化，介导STING自噬降解。另外，STING还可直接通过溶酶体降解，不过在某些特定细胞，STING在溶酶体的聚集可能导致溶酶体膜通透性增加和裂解，从而引发细胞死亡和炎症反应[17]。

肝脏IRI主要发生在肝移植和肝脏手术过程中，先天免疫应答在其中发挥了重要的调控作用[12]。STING信号通路在肝脏IRI中的作用和机制研究较少，且部分结果不一致。STING信号通路的激活可以提高胞内钙离子浓度，促进巨噬细胞中半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase）-1依赖的Gasdermin D（GSDMD）激活而加重炎症[21]。微小核糖核酸（microRNA, miRNA，miR）-24-3p抑制STING信号通路和磷酸化IRF3的表达，并减少小鼠肝脏IRI模型中炎症因子的释放，从而减轻小鼠肝脏损伤[22]。另一项研究发现，cGAS基因敲除抑制了缺氧诱导的肝细胞自噬，通过STING非依赖途径加重了肝细胞死亡[23]。

肝脏IRI在一些边缘供肝如高龄供肝、肝脂肪变性供肝中程度更为严重，影响移植物远期存活。在肝脂肪变性小鼠模型中，敲除STING基因后，mtDNA激活Kupffer细胞，STING-NF-κB信号通路被阻断，促炎因子的表达降低，有效减轻了肝脂肪变性、纤维化水平[24]。通过对临床患者肝脏标本的分析，结果显示非酒精性脂肪性肝病患者肝组织内STING表达增加，且促进巨噬细胞介导的肝脏炎症和纤维化[25]。笔者团队在既往研究中观察到，老龄小鼠肝脏缺血-再灌注后，肝内巨噬细胞的STING及TBK1激活，增加促炎因子表达，激活炎症小体NOD样受体蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3），加重肝脏损伤[26]；
进一步深入研究发现，老龄小鼠的线粒体泛素化和溶酶体功能受抑制，导致巨噬细胞线粒体自噬减少，线粒体损伤和胞质内mtDNA水平增加，这是导致老龄小鼠肝脏巨噬细胞cGAS-STING信号通路活化增强的重要原因。因此，靶向抑制STING信号通路或许是减轻肝脏IRI、拓展边缘供肝的新选择。

IRI存在于心脏移植、心肌梗死等疾病过程中，对心肌损伤、功能与结构修复等具有重要作用。免疫炎症是介导心脏IRI的关键因素[27]，越来越多研究揭示了STING信号通路在心脏IRI中的作用。

周期性抑制cGAS功能可以消除部分炎症信号的诱导，并促进巨噬细胞转化为修复表型，提高心肌梗死小鼠的早期存活率，减少病理性重塑[28]。cGASSTING信号通路激活产生的Ⅰ型干扰素，促进了心脏IRI后的心肌细胞损伤和凋亡，阻断IRF3信号可降低心脏促炎因子的表达[29]。在大鼠心肌梗死模型中，体内干扰素预处理加重了心室扩张和梗死面积，抑制愈合[30]，而应用STING抑制剂和干扰素受体中和抗体均可改善心室功能障碍[29,31]。因此，靶向抑制STING信号通路能够减轻心脏IRI并减少远期心力衰竭等并发症。

STING在脑IRI中的研究主要集中于小胶质细胞，即脑内巨噬细胞。小胶质细胞cGAS-STING信号通路激活后，促进巨噬细胞M1极化形成促炎微环境，加重脑组织炎症和IRI[32]。小胶质细胞组蛋白去乙酰化酶3（histone deacetylase 3，HDAC3）通过调节p65的乙酰化和核定位促进cGAS表达，激活cGAS-STING通路；
HDAC3基因敲除减轻了IRI后的神经炎症和脑损伤[33]。cGAS基因敲除小鼠小胶质细胞 M2极化增强，从而减轻神经炎症[34]；
应用cGAS抑制剂也可减轻IRI后的迟发性神经死亡[35]。STING下游IRF3信号的敲除对大鼠短暂大脑中动脉IRI也有保护作用[36]。此外，25-羟基胆固醇则可以减少STING信号通路激活和调节哺乳动物雷帕霉素靶蛋白，以抑制自噬并诱导脑缺血耐受，从而减轻炎症[37]。因此，干预cGAS-STING信号通路的各个靶点有望成为减轻临床脑IRI的重要策略。

肠道IRI发生在肠移植、休克、败血症及部分肠道手术中[38]，需要特别指出的是，由于肠道微生物的存在，肠道IRI可能导致肠道黏膜屏障完整性的破坏而使得菌群移位，活菌和内毒素入血，进一步造成远处器官损伤[39]。

研究表明，肠道IRI导致肠上皮细胞线粒体DNA释放，激活STING信号通路促进肠坏死性凋亡，而STING敲除可以减轻肠道IRI和坏死性凋亡[40]。在盲肠结扎穿孔诱导感染性休克模型中，肠道STING信号通路显著激活；
STING基因敲除后炎症反应减轻，细菌移位减少[41]。此外，STING介导的干扰素应答和NF-κB的激活促进了脂质过氧化，加重肠道IRI[42]。另外，STING信号对于维持肠道内环境稳态也是必不可少的，肠道菌群衍生的DNA和CDN局部激活STING可以保护小鼠免受不同肠道炎症的损害[43]。

IRI是肾移植术后急性肾衰竭的重要原因，缺血引起肾脏广泛的细胞死亡也是导致急性肾损伤（acute kidney injury，AKI）的关键因素[44]，未经治疗的AKI可能发展为肾纤维化，进而导致肾衰竭。在顺铂诱导的小鼠AKI模型中，mtDNA激活cGAS-STING信号通路，加重了肾脏炎症的进展，STING敲除小鼠肾损伤得到改善[45]。mtDNA的异常可激活STING信号通路，导致细胞死亡和肾衰竭，缺失或抑制STING信号通路可以改善肾脏炎症和纤维化[46]。目前STING调控肾脏IRI的研究较少。在小鼠肾脏IRI模型中，STING信号通路下游的干扰素受体缺失可减少肾脏细胞凋亡，减轻肾脏炎症[47]，提示 STING信号通路在减轻肾脏IRI及后续疾病发展中具有重要作用。

cGAS-STING信号通路在包括肝脏、肾脏、心脏、脑、肠道等全身多个器官IRI中均具有重要调控作用。IRI诱导了器官实质细胞的损伤，释放细胞内容物形成促炎微环境，并引发STING过度活化和炎症反应，进而影响移植手术后的器官功能及远期存活，靶向干预STING信号可减轻IRI。同时，STING在维持器官稳态中同样发挥了重要作用。目前，STING的激动剂和抑制剂等药物已在研发当中，在部分肿瘤及自身免疫性疾病中取得较好结果，但仍有待进一步大样本的临床研究验证。针对STING的靶点干预在器官移植相关IRI中的转化应用尚未见报道，深入相关分子机制研究，选择器官、组织、细胞特异的治疗靶点和药物，以增强干预治疗特异性、减少不良反应是今后转化研究的重要方向。

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