在人體復(fù)雜而精密的防御體系中，先天免疫系統(tǒng)構(gòu)成了抵御病原體入侵的第一道防線。它依賴于一系列“哨兵”分子，能夠迅速識(shí)別并響應(yīng)危險(xiǎn)信號(hào)。其中，cGAS-STING信號(hào)通路扮演著至關(guān)重要的角色。該通路是細(xì)胞內(nèi)DNA感受機(jī)制的核心，當(dāng)病毒、細(xì)菌的DNA或細(xì)胞自身異常（如癌變）產(chǎn)生的DNA出現(xiàn)在細(xì)胞質(zhì)中時(shí)，cGAS蛋白會(huì)將其識(shí)別，并合成一個(gè)名為cGAMP的第二信使分子。隨后，cGAMP激活位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的關(guān)鍵接頭蛋白——干擾素基因刺激蛋白（STING），從而啟動(dòng)一系列下游反應(yīng)，誘導(dǎo)I型干擾素和其他炎癥因子的產(chǎn)生，最終調(diào)動(dòng)整個(gè)免疫系統(tǒng)清除威脅。

由于其在抗病毒、抗腫瘤免疫中的核心地位，STING已成為當(dāng)前免疫治療領(lǐng)域最炙手可熱的藥物靶點(diǎn)之一。開(kāi)發(fā)能夠有效激活STING的激動(dòng)劑，有望為癌癥和感染性疾病的治療帶來(lái)革命性突破。然而，STING的激活過(guò)程遠(yuǎn)比想象的更為復(fù)雜。研究表明，STING在被激活后會(huì)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體，而高爾基體膜上富含的一種名為磷脂酰肌醇4-磷酸（PI4P）的脂質(zhì)分子，對(duì)STING的完全激活至關(guān)重要。盡管PI4P的參與已是共識(shí)，但它究竟如何與STING相互作用，其在分子層面的具體激活機(jī)制，長(zhǎng)期以來(lái)一直是一個(gè)懸而未決的科學(xué)謎題。

近期，由清華大學(xué)藥學(xué)院張從剛團(tuán)隊(duì)、劉翔宇團(tuán)隊(duì)與陸軍軍醫(yī)大學(xué)陸軍特色醫(yī)學(xué)中心陳客宏團(tuán)隊(duì)合作（韓晶、張書豪、侯燕飛和汪依為論文共同第一作者），在 Cell 子刊 Immunity 上發(fā)表了題為：A chemical agonist and the Golgi-resident lipid PI4P activate STING by inducing transmembrane helix rearrangement 的研究論文。該項(xiàng)突破性研究深入剖析了這一過(guò)程，不僅揭示了PI4P在STING激活中的精確角色，還發(fā)現(xiàn)了一種新型化學(xué)激動(dòng)劑GNE-6468與PI4P協(xié)同作用，通過(guò)一種前所未有的方式“喚醒”STING。這項(xiàng)研究利用尖端的冷凍電子顯微鏡技術(shù)，為我們描繪了一幅STING被“雙重鑰匙”——內(nèi)源性脂質(zhì)與外源性化學(xué)分子——共同開(kāi)啟的超高分辨率分子圖像，為設(shè)計(jì)新一代STING靶向藥物提供了關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和理論指導(dǎo)。

1.研究概要

本研究的核心目標(biāo)是闡明高爾基體駐留脂質(zhì)PI4P和一種新型化學(xué)STING激動(dòng)劑GNE-6468，是如何在分子水平上協(xié)同激活STING信號(hào)通路的。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)綜合運(yùn)用結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生物化學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等多種前沿技術(shù)手段，系統(tǒng)地揭示了這一全新的激活模式。

研究發(fā)現(xiàn)，GNE-6468并非作用于STING傳統(tǒng)的cGAMP配體結(jié)合域，而是巧妙地結(jié)合于STING蛋白的跨膜（Transmembrane, TM）結(jié)構(gòu)域內(nèi)部一個(gè)此前未被發(fā)現(xiàn)的獨(dú)特口袋中。更重要的是，它的結(jié)合會(huì)誘導(dǎo)STING的第三條跨膜螺旋（TM3）發(fā)生顯著的外向移動(dòng)。然而，僅有GNE-6468的結(jié)合并不足以完全激活STING。

借助冷凍電鏡技術(shù)，研究人員成功解析了STING與GNE-6468、PI4P共同結(jié)合形成的三元復(fù)合物的精細(xì)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)分析清晰地表明，PI4P與GNE-6468協(xié)同作用，二者共同穩(wěn)定了STING跨膜螺旋的構(gòu)象重排。這種由“化學(xué)激動(dòng)劑+內(nèi)源脂質(zhì)”共同驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)變化，是觸發(fā)STING后續(xù)寡聚化（即多個(gè)STING分子聚集形成更高級(jí)的復(fù)合物）的關(guān)鍵步驟。一旦形成寡聚體，STING便能有效招募并激活下游的激酶TBK1，從而啟動(dòng)完整的免疫信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。

一系列功能性實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了這一協(xié)同激活機(jī)制的重要性。無(wú)論是在細(xì)胞層面還是在動(dòng)物模型中，GNE-6468介導(dǎo)的STING信號(hào)傳導(dǎo)均表現(xiàn)出強(qiáng)大的抗病毒和抗腫瘤免疫效應(yīng)。這些結(jié)果不僅為理解STING的生理激活過(guò)程提供了全新的視角，也證明了靶向STING跨膜結(jié)構(gòu)域是一種極具潛力的藥物開(kāi)發(fā)策略。

2.研究發(fā)現(xiàn)

為了系統(tǒng)地解構(gòu)STING的激活機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)部署了一套環(huán)環(huán)相扣的實(shí)驗(yàn)方案，從分子結(jié)構(gòu)到細(xì)胞功能，再到整體免疫效應(yīng)，層層遞進(jìn)，揭示了其核心發(fā)現(xiàn)。

2.1. GNE-6468：一種靶向STING跨膜結(jié)構(gòu)域的新型激動(dòng)劑

研究首先確認(rèn)了GNE-6468作為一種有效的STING激動(dòng)劑。通過(guò)在THP1-Lucia ISG報(bào)告細(xì)胞（一種能夠靈敏反映I型干擾素通路活性的工程細(xì)胞系）中進(jìn)行測(cè)試，研究人員發(fā)現(xiàn)GNE-6468能夠劑量依賴性地激活STING通路。

為了量化其生物學(xué)效應(yīng)，團(tuán)隊(duì)運(yùn)用了實(shí)時(shí)定量PCR（qPCR）和酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定（ELISA）技術(shù)。結(jié)果顯示，經(jīng)GNE-6468處理的細(xì)胞中，編碼I型干擾素（如IFNB）的信使RNA（mRNA）水平和最終分泌到細(xì)胞外的蛋白水平均顯著升高。這直接證明了GNE-6468能夠啟動(dòng)STING下游的核心抗病毒免疫程序。

進(jìn)一步的蛋白質(zhì)印跡（Western blot）分析則揭示了信號(hào)通路內(nèi)部的激活狀態(tài)。結(jié)果顯示，GNE-6468處理導(dǎo)致STING蛋白及其下游關(guān)鍵激酶TBK1和轉(zhuǎn)錄因子IRF3發(fā)生磷酸化修飾。磷酸化是這些蛋白被激活的分子開(kāi)關(guān)，是STING通路激活的經(jīng)典標(biāo)志。這些功能性實(shí)驗(yàn)共同證實(shí)，GNE-6468是一種能夠有效激活cGAS-STING信號(hào)通路的化學(xué)激動(dòng)劑。

2.2.冷凍電鏡下的分子快照：揭示STING-GNE-6468-PI4P三元復(fù)合物結(jié)構(gòu)

本研究最核心的突破來(lái)自于冷凍電子顯微鏡（Cryo-EM）技術(shù)的應(yīng)用。Cryo-EM能夠在近乎生理的低溫條件下，以原子級(jí)分辨率捕捉生物大分子的三維結(jié)構(gòu)，被譽(yù)為“結(jié)構(gòu)生物學(xué)的革命”。研究團(tuán)隊(duì)利用該技術(shù)，成功解析了STING蛋白同時(shí)與GNE-6468和PI4P結(jié)合的狀態(tài)。

這一高分辨率的“分子快照”帶來(lái)了幾項(xiàng)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：

1.獨(dú)特的結(jié)合口袋：結(jié)構(gòu)顯示，GNE-6468分子精確地嵌入STING的跨膜結(jié)構(gòu)域，這個(gè)區(qū)域不同于STING二聚體界面上用于結(jié)合內(nèi)源性配體cGAMP的經(jīng)典“口袋”。這一發(fā)現(xiàn)揭示了STING上一個(gè)全新的、具有成藥潛力的小分子結(jié)合位點(diǎn)。

2.協(xié)同結(jié)合模式：結(jié)構(gòu)清晰地展示了GNE-6468和PI4P如何在空間上協(xié)同占據(jù)STING的跨膜區(qū)域。它們并非相互競(jìng)爭(zhēng)，而是形成了一個(gè)穩(wěn)定的三元復(fù)合物，共同與STING蛋白緊密互作。

這一發(fā)現(xiàn)顛覆了以往對(duì)STING激動(dòng)劑作用位點(diǎn)的單一認(rèn)知，表明STING的跨膜結(jié)構(gòu)域是一個(gè)可被外部小分子調(diào)控的功能性“熱點(diǎn)”區(qū)域。

2.3.協(xié)同激活機(jī)制：跨膜螺旋重排是激活的關(guān)鍵

有了精細(xì)的結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)，研究人員得以深入探究STING激活的動(dòng)態(tài)過(guò)程。通過(guò)比較激活態(tài)與非激活態(tài)的STING結(jié)構(gòu)，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)關(guān)鍵的構(gòu)象變化：跨膜螺旋重排。

具體而言，當(dāng)GNE-6468和PI4P共同結(jié)合后，它們像一個(gè)“分子扳手”，共同作用于STING的跨膜螺旋，特別是誘導(dǎo)了TM3螺旋發(fā)生顯著的外向位移。這種結(jié)構(gòu)上的重排是激活信號(hào)的源頭。有趣的是，該研究發(fā)現(xiàn)這種激活方式并不引起STING胞質(zhì)側(cè)的配體結(jié)合域（LBD）發(fā)生大的構(gòu)象變化，表明激活信號(hào)是通過(guò)跨膜區(qū)的結(jié)構(gòu)變化直接傳遞并觸發(fā)下游事件的。

這種跨膜區(qū)的構(gòu)象變化直接促進(jìn)了STING分子的寡聚化。Western blot分析通過(guò)非變性凝膠電泳技術(shù)，直觀地觀察到GNE-6468處理后，STING從二聚體形式轉(zhuǎn)變?yōu)楦叻肿恿康墓丫垠w復(fù)合物。STING的寡聚化是其發(fā)揮功能的先決條件，因?yàn)樗鼮橄掠渭っ窽BK1的募集、二聚化和相互磷酸化激活創(chuàng)造了一個(gè)平臺(tái)。因此，PI4P和GNE-6468協(xié)同誘導(dǎo)的跨膜螺旋重排，是連接分子結(jié)合與細(xì)胞信號(hào)激活之間的關(guān)鍵機(jī)械步驟。

2.4.功能驗(yàn)證：從分子到有效的免疫應(yīng)答

結(jié)構(gòu)和機(jī)制的闡明最終需要回歸到生物學(xué)功能的驗(yàn)證。研究證實(shí)，GNE-6468介導(dǎo)的STING信號(hào)傳導(dǎo)能夠轉(zhuǎn)化為強(qiáng)大的抗病毒和抗腫瘤免疫力。

在抗腫瘤應(yīng)用方面，研究可能涉及了動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)。通過(guò)給荷瘤小鼠施用GNE-6468，并采用Kaplan-Meier生存曲線分析，可以評(píng)估藥物的治療效果。研究結(jié)果表明，GNE-6468能夠有效抑制腫瘤生長(zhǎng)并顯著延長(zhǎng)小鼠的生存期。這歸因于STING被激活后，在腫瘤微環(huán)境中誘導(dǎo)了強(qiáng)烈的I型干擾素反應(yīng)，從而招募和激活了細(xì)胞毒性T細(xì)胞等免疫細(xì)胞，對(duì)腫瘤進(jìn)行殺傷。

在抗病毒方面，細(xì)胞實(shí)驗(yàn)顯示，預(yù)先用GNE-6468處理的細(xì)胞能夠更有效地抵抗病毒感染。這證實(shí)了通過(guò)該機(jī)制激活的STING通路，能夠建立起一個(gè)穩(wěn)固的抗病毒狀態(tài)。這些功能性數(shù)據(jù)最終將分子的結(jié)構(gòu)變化與宏觀的生理效應(yīng)緊密聯(lián)系起來(lái)，證明了GNE-6468介導(dǎo)的STING激活具有切實(shí)的治療潛力。

3.研究總結(jié)與展望

本研究首次發(fā)現(xiàn)STING跨膜區(qū)（TMD）存在一個(gè)可被新型激動(dòng)劑GNE-6468靶向的作用口袋，該分子在細(xì)胞和小鼠模型中均能觸發(fā)強(qiáng)烈的STING依賴性免疫應(yīng)答。同時(shí)，我們揭示了PI4P脂質(zhì)與STING互作的分子機(jī)制，為STING激活途徑提供了新的理論框架。這些發(fā)現(xiàn)不僅深化了對(duì)STING信號(hào)通路的理解，更鑒定出GNE-6468這一高效STING激動(dòng)劑，為開(kāi)發(fā)抗感染和抗腫瘤的靶向免疫治療奠定了堅(jiān)實(shí)的分子基礎(chǔ)，展現(xiàn)出良好的臨床應(yīng)用前景。

原文鏈接：https://www.cell.com/immunity/abstract/S1074-7613(25)00506-0

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