Nature 子刊：揭示STING介导的抗肿瘤机制

研究背景

癌症治疗领域中，STING通路的激活显示出抗肿瘤的潜力，但其精确调控机制尚不明确。

本研究探讨胆固醇如何通过STING蛋白的胆固醇结合基序影响其在内质网的滞留和激活，揭示胆固醇代谢与STING信号通路的相互作用。研究结果有望为设计新型癌症免疫治疗策略提供重要见解，尤其是在通过调节胆固醇代谢来增强STING通路活性方面。

文献来源

2024年3月29日，Nature Communications在线发表了题为Cholesterol-binding motifs in STING that control endoplasmic reticulum retention mediate anti-tumoral activity of cholesterollowering compounds 的研究论文。

该研究报道了内质网胆固醇直接与STING相互作用以限制其从内质网到高尔基体的运输，从而对STING的激活施加阈值，能够为癌症治疗提供新策略。

项目研究

首先，作者研究了胆固醇是否直接影响STING激活，研究人员使用MβCD以消耗THP1单核细胞系中胆固醇建立细胞模型。共聚焦显微镜和ImageStream分析，观察到MβCD处理后内质网中的胆固醇水平显著降低。在cGAMP刺激下，经MβCD处理的细胞STING、TBK1和IRF3的磷酸化水平明显增强。这些发现表明，通过消耗胆固醇可以增强STING途径的激活，从而促进了树突细胞的成熟和巨噬细胞的激活。

Fig.1 胆固醇的消耗增强了STING通路的反应

考虑到胆固醇消耗促进STING激活，作者接下来探究了cGAMP刺激后ER胆固醇水平是否普遍降低。结果显示在cGAMP刺激后的早期时间点(<2h)内质网胆固醇水平明显降低，并在后期时间点(>4h)恢复到与对照细胞相当的水平。先前的研究报道了几种不同的胆固醇转运蛋白调节内质网和其他亚细胞细胞器之间的胆固醇水平。

于是作者应用CRISPR-Cas9去除了THP1细胞中的几个相关基因。结果表明与其他研究的基因相比，SOAT1缺陷最大程度地降低了STING和TBK1的磷酸化水平。此外，SOAT1缺陷显著阻断了cGAMP刺激后内质网胆固醇水平的降低。以上数据支持了在cGAMP刺激后的早期阶段，SOAT1介导ER胆固醇水平降低，以支持STING寡聚、磷酸化和TBK1的招募。

Fig.2 cGAMP刺激以SOAT1依赖的方式降低ER胆固醇

研究进一步探索了胆固醇消耗对STING信号通路的影响。结果中使用MβCD处理的细胞在cGAMP刺激下，STING与内质网标记物PDI的共定位减少，而与高尔基体标记物GM130的共定位增加，这表明胆固醇的消耗促进了STING从内质网到高尔基体的转运。进一步的体外膜出芽实验也证实了胆固醇的耗竭增加了STING在囊泡中的表达量，这表明胆固醇的减少增强了COPII复合物的形成，从而促进了STING的转运。此外，通过共聚焦显微镜分析，研究人员还发现胆固醇耗竭导致ER膜曲率的增加，这为STING-COPII复合物的形成提供了有利条件。

Fig.3 胆固醇消耗促进STING从ER向高尔基体的运输

此外，通过质谱分析和胆固醇下拉实验，研究人员鉴定了STING蛋白中的两个潜在的胆固醇识别/相互作用氨基酸基序，并证实了胆固醇与STING的直接相互作用。这些结果表明，胆固醇可以通过与STING蛋白的特定基序结合，调控STING的内质网定位和激活，从而对STING介导的信号传导起到抑制作用。

在小鼠肿瘤模型中进一步证实，肿瘤微环境内的胆固醇消耗可以通过增加STING激活和与检查点阻断治疗协同作用来增强STING依赖的抗肿瘤活性。

Fig.4 体内通过MβCD的胆固醇消耗以一种STING依赖的方式阻止肿瘤的生长

最后，研究者们利用人类癌症基因组图谱（TCGA）数据库，分析了胆固醇合成途径与干扰素刺激基因（ISGs）反应之间的关系。结果显示，胆固醇合成途径的活性与ISGs的反应呈负相关，这意味着胆固醇代谢的增加可能会降低肿瘤对免疫反应的敏感性。

研究结论

综上所述，作者认为内质网胆固醇可以通过直接结合STING蛋白一级序列中的CRAC基序，为STING运输和激活施加了一个阈值。而内质网胆固醇水平在STING激动剂治疗后会短暂降低，为STING运输和激活创造了一个较低阈值的窗口，从而增强STING通路的抗肿瘤活性。这些发现不仅丰富了我们对STING通路调控机制的理解，也为未来癌症治疗药物的开发提供了重要的科学依据。

原文链接：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10980718/